(57)【要約】【課題】水圏生物の複数の個体を，長期間にわたり，安定して，高い信頼性で追跡できるようにする。【解決手段】モニタリング装置１００は，水密構造の筐体１２０と，筐体１２０内に設けられ，第１及び第２の水中マイクから出力される第１及び第２の信号をそれぞれ第１及び第２のチャンネルに録音する録音のための電子回路１４４とを含む。電子回路１４４は，第１及び第２の信号の周波数帯域を，いずれも所定周波数だけ低域側にシフトさせ，周波数がシフトされた第１及び第２の信号をデジタル化し，それぞれ第１及び第２のチャンネルの信号としてハードディスク等に記録する。【選択図】図４
2013044670.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水密構造の筐体と，
前記筐体内に設けられ，第１及び第２の水中マイクから出力される第１及び第２の信号をそれぞれ第１及び第２のチャンネルに録音する録音手段とを含み，
前記録音手段は，
前記第１及び第２の信号の周波数帯域を，いずれも所定周波数だけ低域側にシフトさせる周波数シフト手段と，
前記周波数シフト手段により出力される前記第１及び第２の信号をデジタル化し，それぞれ前記第１及び第２のチャンネルの信号として記録する記録装置とを含む，水圏生物のモニタリング装置。
【請求項２】
前記筐体は，
中空で一端に開口部を有する筒型部材と，
前記筒型部材の前記開口部を覆うカバー部材と，
前記カバー部材を前記筒型部材の開口部に水密に固定する固定具と，
前記カバー部材に設けられ，外部からの電気信号を前記筒型部材の内部の前記周波数シフト手段の入力に導く第１及び第２の水中コネクタとを含む，請求項１に記載の水圏生物のモニタリング装置。
【請求項３】
前記カバー部材が前記筒型部材から取り外された状態で，前記録音手段が前記筒型部材の内部から外部に引き出し可能である，請求項２に記載の水圏生物のモニタリング装置。
【請求項４】
前記録音手段は，
前記カバー部材の裏面に一端が固定され，前記カバー部材を前記筒型部材の前記開口部に装着した状態で前記筒型部材の内部に完全に収容される取付板をさらに含み，
前記周波数シフト手段と前記記録装置とが，前記取付板の一面上に設けられ，
前記録音手段はさらに，前記取付板の一面上に固定され，前記周波数シフト手段と前記記録装置とに電源を供給するパワーユニットを含む，請求項２〜請求項４のいずれかに記載の水圏生物のモニタリング装置。
【請求項５】
前記カバー部材の，前記開口部側と反対側の面に設けられたハンドルをさらに含む，請求項２〜請求項４のいずれかに記載の水圏生物のモニタリング装置。
【請求項６】
前記筒型部材は金属製である，請求項２〜請求項５のいずれかに記載の水圏生物のモニタリング装置。
【請求項７】
前記録音手段は，さらに，前記記録装置に記録された前記第１及び第２のチャンネルの信号を外部に出力するインターフェイスを含む，請求項１〜請求項６のいずれかに記載の水圏生物のモニタリング装置。
【請求項８】
請求項１に記載の水圏生物のモニタリング装置を３個以上準備し，各々に第１及び第２の水中マイクを接続して，所定の水域の水底にマイクと共に設置するステップと，
前記水底に設置される水中マイクの各々の位置及び収音方位を記録するステップと，
前記水底に設置されたモニタリング装置の各々において，当該モニタリング装置に接続された前記第１及び第２の水中マイクにより収音された水中音のうち，所定の帯域の水中音を，所定期間にわたり前記録音手段により録音するステップと，
前記所定期間の終了後，前記モニタリング装置を回収するステップと，
回収された前記モニタリング装置の各々について，前記記録装置に記録されている，前記第１及び第２の水中マイクにより収音された水中音内のピンガー音の時間的相違と，各水中マイクが設置されていた位置及び収音方位に基づいて，前記第１及び第２の水中マイクに到来するピンガー音の到来方位を推定するステップと，
前記複数のモニタリング装置の各々により得られる，各モニタリング装置に接続されていた水中マイクへのピンガー音の到来方位の交差位置を調べることにより，ピンガーの測位を行なうステップとを含む，水圏生物のモニタリング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，魚類及び海生哺乳類等の水圏生物のモニタリングに関し，特に，複数の生物の行動を長期間にわたりモニタリングすることを可能にするモニタリング装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
野生生物の行動をモニタリングすることは，学問的に重要であるだけでなく，生物資源の利用という面でも重要である。そうしたモニタリングのための技術として，バイオロギングとバイオテレメトリという技術がある。
【０００３】
バイオロギングとは，目的の生物に，ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）等による位置測定装置又は超小型のカメラ等と，それらの装置が発生する情報を蓄積する記憶装置とを含む装置（「ロガー」と呼ばれる。）を目的の生物に取付ける技術である。後にロガーを回収することで，目的の生物の移動経路，行動範囲等を知ることができる。
【０００４】
バイオテレメトリとは，超音波又は電波の発信機を目的の生物に取付け，遠隔地で発信機の電波を受信することで生物の行動をモニタリングする技術のことをいう。上記したバイオロギングと異なり，装置を回収する必要がないという利点がある。
【０００５】
ＧＰＳ装置，カメラ，発信機等のハードウェアの小型化が進み，バイオテレメトリとバイオロギングとの境界も必ずしも明確とはいえないのが現状である。
【０００６】
ところで，海，河川，湖沼等の水圏を行動範囲とする生物（水圏生物）については，これら生物を目視することができないため，上記したバイオテレメトリ及びバイオロギングの技術が有用である。
【０００７】
たとえば図１に示すように，対象の個体３０にロガー３２を取付け，一定時間が経過したらロガー３２が対象の個体３０から離脱して水面に浮上するようにしておく。水面に浮上したときに，その位置を知らせる信号を発信することで，調査船４４等によりロガー３２を回収できる。
【０００８】
後掲の非特許文献１は，海中の個体３４（図１）の行動を追跡するために，以下のようなシステムを提案している。すなわちこのシステムでは，目的の個体３４に超音波信号を発信するピンガー３６を取付ける。さらに，このシステムは，既知の位置に，３角形を形成するように設置された少なくとも３つのソノブイ４０を使用する。各ソノブイ４０は，ピンガー３６からの超音波信号を受信する水中マイク４２と，受信周波数を一定時間間隔で切替えながら，水中マイク４２が受信した信号を処理することにより，その信号を発生したピンガーの番号を検出する処理装置と，その受信時刻とピンガー番号とを示す電波を発信する発信機とを含む。調査船４４又は地上の基地等でこの電波を受信し，３つのソノブイ４０へのピンガーからの超音波信号の到達時刻の相違から，三角測量の原理により各ピンガーの位置，すなわち各個体の位置を特定し，リアルタイムで表示装置に表示する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Klimley,  A.P.,  le  Boeuf,  B.J.,  Cantara,  K.M.,  Richert,  J.E.,  Davis,  S.F.  &  Van  Sommeran,  S.  2001.  Radio-acoustic  positioning  as  a  tool  for  studying  site-specific  behaviour  of  the  white  shark  and  other  large  marine  species.  Marine  Biology,  138,  429-446.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
バイオロギングでは，対象の個体３０が水中で行動する場合，ＧＰＳを用いて移動経路の記録をすることは難しいという問題がある。また，ロガー３２がどこで個体３０から離脱するかが分からないため，ロガー３２を探さなければならないという問題もある。特に，モニタリング期間が長期にわたる場合には，ロガー３２の回収が非常に困難になるという問題がある。
【００１１】
一方，ソノブイ４０を用いたバイオテレメトリ手法では，複数の個体の位置を測定するために，各ピンガーの発する周波数を別々にし，受信周波数を一定時間間隔で切替えてピンガーからの超音波を受信している。そのため，対象の個体が複数ある場合，それら複数のピンガーが発する信号を連続で受信することができない。すなわちこの技術では，複数個体の連続行動を追尾することが困難であるという問題がある。また，ソノブイ４０がその内部で超音波信号を検出・処理し，その結果であるピンガーの番号と受信時刻のみを調査船４４等に送信する。そのため，各水中マイク４２での超音波信号の受信状況が明確には分からず，調査結果の信頼性が損なわれるという問題がある。さらに，ソノブイ４０と調査船４４等との間の通信に電波を用い，調査船４４においてリアルタイムで電波を受信する必要があるため，調査範囲が通信可能範囲に制限されるという問題もある。加えて，ソノブイ４０において，通信に必要なアンテナを海面に出しておく必要がある。その結果，ソノブイ４０の位置が海流の影響を受けて変化しやすい。そのため，三角測量の基礎となる水中マイク４２の位置（受信位置）が不規則に変化してしまい，高精度な測位が困難であるという問題も存在した。
【００１２】
したがって本発明の目的は，水圏生物の複数の個体を，長期間にわたり，安定して，高い信頼性で追跡できる水圏生物のモニタリング装置及び方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の第１の局面に係る水圏生物のモニタリング装置は，水密構造の筐体と，筐体内に設けられ，第１及び第２の水中マイクから出力される第１及び第２の信号をそれぞれ第１及び第２のチャンネルに録音する録音手段とを含む。録音手段は，第１及び第２の信号の周波数帯域を，いずれも所定周波数だけ低域側にシフトさせる周波数シフト手段と，周波数シフト手段により出力される第１及び第２の信号をデジタル化し，それぞれ第１及び第２のチャンネルの信号として記録する記録装置とを含む。
【００１４】
周波数シフト手段により，第１及び第２の水中マイクに到来する信号の周波数を低域側にシフトし，シフト後の信号を記録装置に記録する。周波数を低域側にシフトしてから記録するため，デジタル化時のサンプリング周波数をそれに応じて低くしても，波形形状の劣化を避けられる。したがって，記録装置に長時間にわたり水中マイクに到来した音声信号を記録できる。さらに，録音手段が，水中マイクに到来する水中音を録音しているため，録音された水中音を取出して解析することにより，到来したピンガー音を分離してその測位を行なえる。その結果，水圏生物の複数の個体を，長期間にわたり，安定して，高い信頼性で追跡できる水圏生物のモニタリング装置を提供できる。
【００１５】
好ましくは，筐体は，中空で一端に開口部を有する筒型部材と，筒型部材の開口部を覆うカバー部材と，カバー部材を筒型部材の開口部に水密に固定する固定具と，カバー部材に設けられ，外部からの電気信号を筒型部材の内部の周波数シフト手段の入力に導く第１及び第２の水中コネクタとを含む。
【００１６】
水中コネクタにより水中マイクがモニタリング装置に接続できるので，水中マイクを設置する位置が，モニタリング装置の位置には制約されないようになる。第１及び第２の水中マイクの間隔を広く取れるため，測位時の精度を高くできる。
【００１７】
より好ましくは，カバー部材が筒型部材から取り外された状態で，録音手段が筒型部材の内部から外部に引き出し可能である。
【００１８】
録音手段が筒型部材の会部に引き出し可能であるため，録音手段に記録されている信号の取出しが容易に行なえる。
【００１９】
好ましくは，録音手段は，カバー部材の裏面に一端が固定され，カバー部材を筒型部材の開口部に装着した状態で筒型部材の内部に完全に収容される取付板をさらに含む。周波数シフト手段と記録装置とが，取付板の一面上に設けられている。録音手段はさらに，取付板の一面上に固定され，周波数シフト手段と記録装置とに電源を供給するパワーユニットを含む。
【００２０】
カバー部材の裏面に取付板を取付け，その一面上に記録装置を取付けている。そのため，カバー部材を筒型部材からはずす際に，カバー部材とともに記録装置を外部に引き出すことができる。記録された水中音を取出す際の装置のとり回しが簡単になる。
【００２１】
さらに好ましくは，水圏生物のモニタリング装置は，カバー部材の，開口部側と反対側の面に設けられたハンドルをさらに含む。
【００２２】
筒型部材は金属製であるとより好ましい。
【００２３】
好ましくは，録音手段は，さらに，記録装置に記録された第１及び第２のチャンネルの信号を外部に出力するインターフェイスを含む。
【００２４】
本発明の第２の局面に係る，水圏生物のモニタリング方法は，上記した水圏生物のモニタリング装置を３個以上準備し，各々に第１及び第２の水中マイクを接続して，所定の水域の水底にマイクと共に設置するステップと，水底に設置される水中マイクの各々の位置及び収音方位を記録するステップと，水底に設置されたモニタリング装置の各々において，当該モニタリング装置に接続された第１及び第２の水中マイクにより収音された水中音のうち，所定の帯域の水中音を，所定期間にわたり録音手段により録音するステップと，所定期間の終了後，モニタリング装置を回収するステップと，回収されたモニタリング装置の各々について，記録装置に記録されている，第１及び第２の水中マイクにより収音された水中音データを読出し，読出された水中音データ内でそれぞれ検出されるピンガー音の時間的相違と，各マイクの位置情報とに基づいて，第１及び第２の水中マイクに到来するピンガー音の到来方位を推定するステップと，複数のモニタリング装置の各々により得られる，各モニタリング装置に接続されていた水中マイクへのピンガー音の到来方位の交差位置を調べることにより，ピンガーの測位を行なうステップとを含む。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】従来のバイオテレメトリ及びバイオロギングの手法を説明するための模式図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るモニタリングシステムの概略構成を模式的に示す図である。
【図３】図２に示すモニタリングシステムで用いられるロガー本体の概観を示す図である。
【図４】図３に示すロガーのカバーをはずし，内部の取付板を引き出した状態を示す平面図である。
【図５】図４に示す取付板にマウントされた電子回路の回路構成を示すハードウェアブロック図である。
【図６】図５に示す電子回路で実行されるヘテロダイン検波方式による信号の周波数シフトを説明するための模式図である。
【図７】図３に示すロガーが録音した水中音データからピンガーの測位を行なうための水圏生物の高精度測位装置のブロック図である。
【図８】水圏生物のモニタリングの手順を示すフローチャートである。
【図９】図７に示す水圏生物の高精度測位装置で実行される，測位のためのプログラムの制御構造を示すフローチャートである。
【図１０】ロガーへのピンガー音の到来方向を算出する方法の原理を説明するための模式図である。
【図１１】各ロガーへのピンガー音の到来方向に基づいて，ピンガー位置を測位する処理の原理を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下の説明及び図面では，同一の部品には同一の参照番号を付してある。したがって，それらについての詳細な説明は繰返さない。
【００２７】
［構成］
図２を参照して，本実施の形態に係る水圏生物のモニタリングシステム５０は，少なくとも２つ（図２では３つ）のロガー６０，６２及び６４と，目標の個体７２，７６等に装着される，各々特定の周波数で超音波信号（ピンガー信号）を発信する発信機７０，７４等とを含む。本実施の形態では，発信機７０，７４は，互いに異なる周波数でピンガー信号を発生する。本実施の形態ではさらに，ピンガー信号には，ピンガーの識別情報と，ピンガー信号が発生されたときの時刻情報（時刻そのもの，又はピンガー信号が所定時間間隔で間歇的に出力されることとして，その連続番号等）とが重畳されているものとする。
【００２８】
ロガー６０，６２及び６４は，本実施の形態では互いに同じ構成を持つ。以下，これらを代表してロガー６０の構成を説明する。
【００２９】
ロガー６０は，本体１００と，本体１００に一対のケーブル１０８及び１１８により接続される，発信機７０等からのピンガー信号を受信して電気信号に変換して本体１００に送信する１対の水中マイク１０４及び１１４とを含む。水中マイク１０４及び１１４はそれぞれ，ポール１０２及び１１２により海底に固定される。水中マイク１０４及び１１４の位置は，測定精度を維持するためにはそれぞれできるだけ正確に定める（又は測定する）必要がある。また，水中マイク１０４及び１１４と本体１００との間の距離には特に制限はないが，水中マイク１０４及び１１４の間の距離は大きい方が好ましい。本実施の形態では，水中マイク１０４及び水中マイク１１４との距離は２０メートルとした。地形の関係でポール１０２及び１１２の高さをそろえることができないときは，高い位置の方の水中マイクをポールの途中の位置（すなわち低い位置）に固定する等して，両者の高さはできるだけそろえる必要がある。
【００３０】
できれば，設置後のマイクの位置を再度測定することが望ましい。
【００３１】
図３を参照して，ロガー６０の本体１００は，一端が閉じ，他端に開口部を持つ中空円筒形状を持つ筒型部材である金属性の筐体１２０と，筐体１２０の開口部を覆うように筐体１２０に取付けられた，これも金属からなるカバー１２２と，カバー１２２を水密に筐体１２０に固定するための固定具１２４とを含む。ロガー６０の各部については，固定具１２４でカバー１２２を筐体１２０に固定した場合でも一定の水圧に耐えるように設計しておく。
【００３２】
固定具１２４の中央部には，カバー１２２を筐体１２０から取り外す際に用いられるハンドル１２６が設けられる。固定具１２４にはさらに，後述するよう１対の水中マイクのためのケーブルが接続される一対の水中コネクタ１２８及び１３０が設けられている。
【００３３】
図４を参照して，固定具１２４をはずしてハンドル１２６を引っ張ると，カバー１２２を筐体１２０から取り外すことができる。カバー１２２の，ハンドル１２６と反対側の面には取付板１４０が固定されている。取付板１４０の一面には，水中マイク１０４及び１１４が収集したピンガー音を記録するための電子回路１４４と，電子回路１４４によるピンガー音の記録の際の各種の条件をユーザが設定するためのスイッチ１４２と，電子回路１４４に電源を供給するための，複数の乾電池を収納したパワーユニット１４６とが固定されている。このようにカバー１２２に取付板１４０を固定し，取付板１４０上に各種構成要素を固定することにより，カバー１２２を筐体１２０から取外すと同時に，内部の構成要素も取出すことができ，データの取扱い及びメンテナンス等が容易になるという効果がある。取付板１４０のどの面にこれらを取付けるかは設計的事項である。取付板１４０の両面を使用してもよい。
【００３４】
スイッチ１４２は，電子回路１４４による動作を設定するためのものであり，押しボタンスイッチにより，電子回路１４４の動作条件を設定する。動作条件にどのようなものがあるかについては後述する。なお，以下の説明では，説明を理解容易にするために，水中マイク１０４及び１１４からの音声を直接に録音するための回路構成についての詳細は述べないこととし，ヘテロダイン検波方式により長時間にわたるピンガー録音を行なうための回路構成について説明する。
【００３５】
図５を参照して，電子回路１４４は，水中コネクタ１２８及び１３０を介して水中マイク１０４及び１１４から受信したピンガー信号に対し，増幅，帯域制限，ヘテロダイン検波により低周波数に変換されデジタル化されたピンガー信号を出力するための信号処理回路１６０と，信号処理回路１６０の出力を受けるように接続され，スイッチ１４２からの設定にしたがってピンガー信号を処理するためのコントローラ１６２と，コントローラ１６２により処理されたピンガー信号を録音するためのハードディスクドライブ１６４と，コントローラ１６２に接続され，コントローラ１６２が外部コンピュータとの間でのデータ通信を行なう際に用いるインターフェイス（ＩＦ）１６６とを含む。
【００３６】
信号処理回路１６０は，水中コネクタ１２８側からの信号を処理する第１の信号処理回路１８０と，水中コネクタ１３０側からの信号を処理する第２の信号処理回路１８２と，第１の信号処理回路１８０及び第２の信号処理回路１８２により出力されるアナログのピンガー信号をデジタル信号に変換しコントローラ１６２に与えるアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換回路１８４とを含む。
【００３７】
第１の信号処理回路１８０及び第２の信号処理回路１８２は，互いに同じ構成を持つ。したがって以下では第１の信号処理回路１８０の構成のみについて説明する。なお，以下に説明する各回路はいずれも，スイッチ１４２によりその設定が変更される。
【００３８】
第１の信号処理回路１８０は，水中コネクタ１２８から与えられる信号を増幅するアンプ２００と，アンプ２００の出力を受けるように接続された入力を持つ高域通過フィルタ（ＨＰＦ）２０２と，ＨＰＦ２０２の出力を受けるように接続された低域通過フィルタ（ＬＰＦ）２０４と，ＬＰＦ２０４の出力を受けるように接続された入力を持ち，ヘテロダイン検波方式により，入力される信号の周波数領域を所定周波数だけ低周波数領域にシフトさせて出力する検波器２０６とを含む。
【００３９】
第２の信号処理回路１８２は，第１の信号処理回路１８０と同様，アンプ２２０，ＨＰＦ２２２，ＬＰＦ２２４，及び検波器２２６を含む。
【００４０】
第１の信号処理回路１８０及び第２の信号処理回路１８２の各構成要素は，いずれもスイッチ１４２から対応の設定信号を受けるように接続されている。
【００４１】
スイッチ１４２により切替が可能な動作条件としては，以下のようなものがある。
【００４２】
【表１】
2013044670.tif 000003
【００４３】
図６を参照して，検波器２０６及び２０８は，ヘテロダイン検波方式により，入力される信号の周波数（図６の信号２４０）を，低周波数領域（図６の信号２４２）にシフト(周波数変換)する。図６に示す例では，基本周波数を６０ｋＨｚとして入力信号（例えば６５ｋＨｚ，６９ｋＨｚ，及び７５ｋＨｚ）をそれぞれ出力信号（５ｋＨｚ，９ｋＨｚ，及び１５ｋＨｚ）に変換する。
【００４４】
図１〜図６に示したロガー６０等をデータ収集期間の経過後に回収し，それらに記録された信号を取出して処理することにより，ピンガーを取付けた個体の測位を行なえる。図７に，ロガー６０等から収集した信号を処理することにより個体の測位を行なう処理をする，水圏生物の高精度測位装置のハードウェア構造を示す。
【００４５】
図７を参照して，水圏生物の高精度測位装置２６０は，ＣＰＵ（中央演算処理装置）及びクロック回路等からなる演算部２７２と，演算部２７２に接続されたバス２７０とを含む。なお，以下に説明する水圏生物の高精度測位装置２６０の各構成要素は，その都度説明することはしないが，いずれもバス２７０に接続されている。
【００４６】
水圏生物の高精度測位装置２６０はさらに，測位のための基礎的データ等の入力を外部装置から受けて演算部２７２に与えるためのデータ入出力部２７４と，ロガー６０の本体１００に設けられたＩＦ１６６と演算部２７２の制御の下に通信するためのＩＦ２８８と，演算部２７２による演算結果等を表示するための，液晶表示装置からなるデータ表示部２７６とを含む。
【００４７】
水圏生物の高精度測位装置２６０はさらに，ＩＦ２８８を介してロガー６０の本体１００のＩＦ１６６等から受信した水中音データを記憶するための水中音データメモリ２７８と，ロガー６０等の設置位置，観測開始時刻，観測海域の音速場の代表的値等の環境データを記憶するための環境データメモリ２８０と，水中音データメモリ２７８に記憶された水中音データから切出されたピンガー音の部分の音データを記憶するためのピンガーデータメモリ２８２と，ロガー６０等の各々の水中マイクの，真北を０度とした，地球座標系に対する方位（以下「真方位」と呼ぶ。）を水中マイクごとに記憶するための真方位データメモリ２８４と，ピンガーデータメモリ２８２に記憶されたピンガーデータ，環境データメモリ２８０に記憶された環境データ，及び真方位データメモリ２８４に記憶された真方位データに基づいて，演算部２７２が個体ごとに算出する一連の測位データ（ピンガー位置データ）を記憶するためのピンガー位置データメモリ２８６とを含む。
【００４８】
なお，ピンガー音は，２０ｋＨｚ以上の超音波帯域である。人間はこの帯域の信号を聞くことはできない。一方，高い周波数の信号を復元可能にサンプリングするためには，その倍以上の周波数でサンプリングを行なわなければならない。一般的に，サンプリング周波数が高くなるにしたがってサンプリング後のデータ量は増加する。ＨＤＤのような大容量の記憶装置を準備しても，記憶容量が一定であれば録音時間が短くなることは避けられない。
【００４９】
これに対し，ピンガー信号の周波数が６０ｋＨｚより大きいという条件下では，６０ｋＨｚ以下の帯域にはピンガー音が存在しないことが分かっている。そこで，本実施の形態では，ロガー６０の本体１００内において，ヘテロダイン方式（スーパーヘテロダイン方式でもよい。）により，超音波帯域のピンガー信号を可聴域にシフトさせる。その結果，サンプリング周波数を低く抑えても，ピンガー信号の波形形状を劣化させることなく長時間水中音を録音できる。
【００５０】
［プログラム構造］
図８を参照して，実際のモニタリング時の手順を説明し，この手順中で演算部２７２が実行するプログラムの制御構造についてさらに図９以下を参照して説明する。
【００５１】
図８を参照して，モニタリングの最初（ステップ３００）には，ロガー６０，６２等を所定の位置に設置する。このときに，各ロガーの水中マイクの設置位置及びその方位を正確に記録しておく。各ロガーについて，水中音の録音を所定の設定で開始させる。
【００５２】
続いてステップ３０２では，上記したように各ロガーでの，水中音の録音を所定時間継続する。所定時間が経過したらロガーを全て回収する（ステップ３０４）。
【００５３】
回収したロガーから，録音された音声信号を水圏生物の高精度測位装置２６０に入力し，各ピンガーの測位処理を行なう（ステップ３０６）。測位した結果を何らかの形で出力する。例えば，各ピンガーに対応する個体番号とともに，データ表示部２７６に表示する。所望のデータを表示し確認し終えたらモニタは終了である。
【００５４】
図９を参照して，図８のステップ３０６で演算部２７２により実行されるプログラムの制御構造をフローチャート形式で示す。なお，このプログラムを実行するに先立ち，演算部２７２は，環境データを環境データメモリ２８０に格納するものとする。
【００５５】
環境データは，各ロガーの位置及び方位を特定するロガーインデックス情報と，ロガーの水中マイク間隔ｄ‘と，観測海域の音速場の代表的値Ｃとを含む。
【００５６】
ロガーインデックス情報は，各ロガーの設置位置情報ｐｉ，観測開始時刻情報Ｔｓｉ，及び２チャンネルの水中マイクの，真北を０度とした地球座標系に対する方位（以下，真方位）θｒｉを含む。ｉ番目のロガーのロガーインデックスデータをＩ（ｐｉ，Ｔｓｉ，θｒｉ）＝Ｉ(ｐ，Ｔs，θr)ｉと表記する。以下，添え字「ｉ」はｉ番目のロガーから得られたデータであることを示す。
【００５７】
再び図９を参照して，このプログラムは，全ロガーに対し，以下に説明するステップ３２２の処理を行なうステップ３２０を含む。ステップ３２２では，対象となるロガーの２チャンネルの水中音データをロガー本体１００からＩＦ１６６及びデータ入出力部２７４を介して読出し，水中音データメモリ２７８に格納する。水中音データには，との時間が，記録開始を起点とし，観測間隔で積分された相対時間で記録されている。
【００５８】
続いて，以下に説明するステップ３３６を全ての水中音データに対して行なう（ステップ３３４）。
【００５９】
ステップ３３６は，対象となる全水中音の相対時間を，観測開始時刻Ｔsを用いた絶対時間に変換するステップ３５０と，両チャンネルの水中音データから，予め定められたレベルを超える部分をピンガー音として取出し，ピンガーデータメモリ２８２に保存するステップ３５２とを含む。なおこのとき，ピンガーごとに使用周波数が異なっていればそれらの周波数帯域ごとにこの処理を行なう。
【００６０】
ステップ３３６の処理はさらに，ステップ３５０及び３５２の処理によりピンガーデータメモリ２８２に保存された，対象のロガーから得られたピンガー音の各々に対して，以下のステップ３５６の処理を実行するステップ３５４を含む。
【００６１】
ステップ３５６は，読出したピンガー音に基づいてピンガー音のロガーに対する相対的な到来方位を算出するステップ３６０と，ステップ３６０で算出された，ロガーに対する
相対的な到来方位に，ロガーの真方位を加算することにより，ピンガー音がロガーに到来した真の方位（真方位）を算出し，真方位データとして真方位データメモリ２８４に保存するステップ３６４とを含む。
【００６２】
ステップ３６０で行なわれる，ピンガー音到来方位の算出方法について図１０を参照して説明する。演算部２７２は，ピンガーデータメモリ２８２に格納されたピンガーデータと，環境データメモリ２８０に格納されたロガーインデックスデータ，ロガーの水中マイク間隔ｄ’，及び観測海域の音速場の代表的値Ｃとを読出す。
【００６３】
ここでは，ロガーに装備された２チャンネル（左右）の水中マイクに到達する鳴音から鳴音の到来方向を求める幾何学について示す。図１０を参照して，２つの水中マイクｈ１及びｈ２の間の距離ｄ’と，水中マイクｈ１及びｈ２の間での，同じ鳴音Ｓの到来時間差Δτ，観測海域の音速場の代表的値Ｃを用いると，水中マイクｈ１及びｈ２への入射角を図１０に示す角θとすると，角θは次の式により求められる。
【００６４】
【数１】
2013044670.tif 000004
ここで，Δτは水中マイクｈ１とｈ２とに入射した音波の位相差，又は相関を取ることによって求められる。図９のステップ３６０では，この式によりロガー６０等に対するピンガー音の到来方向を算出する。
【００６５】
さらに，ステップ３６２では，２チャンネルの水中マイクの真方位θｒｉを，求められたロガー自身に対する鳴音の到来方位θに加算し，鳴音の到来方位の真方位データθｓｉを求め，ｉ番目のピンガー音の真方位データとして真方位データメモリ２８４に保存する。
【００６６】
ステップ３５４では，上記したステップ３５６の処理を全てのピンガー音に対して実行する。
【００６７】
以上のステップ３３６が全ての水中音データに対して行なわれることにより，真方位データメモリ２８４には，ロガーごとに，各ピンガー音の到来方向（真方位データ）が記憶されていることになる。
【００６８】
このプログラムはさらに，ステップ３３４の処理により真方位データメモリ２８４に保存された全ての真方位データを用い，全てのピンガーについて以下に説明するステップ３４０の処理を行なうステップ３３８を含む。
【００６９】
ステップ３４０は，処理対象のピンガーに対して得られた，全ての時刻のピンガー音に対し，以下のステップ３７２の処理を行なうステップ３７０を含む。
【００７０】
ステップ３７０は，ロガーの全ペアに対して，同じピンガー同じ時刻に得られたピンガー音により計算された真方位データに基づき，ピンガーの測位を行なうステップ３８０と，ステップ３８０によりロガーの全ペアについて得られたピンガーの測位データの重心位置を求めることにより，ピンガーの位置を確定し，ピンガー位置データとしてピンガー位置データメモリ２８６に保存するステップ３８２とを含む。
【００７１】
ロガーが２つのときには，ロガーにより形成されるペアは１つしかない。したがってその結果を真方位データにより得た測位結果とすればよい。しかしロガーが例えば３つになると，構成されるペアも３つになる。ステップ３７０ではそれらのペアの各々を用いてピンガーの測位計算を行なうため，測位結果も３つ得られる。ステップ３８２では，そうした場合にそれらの測位結果の重心を測位データとして補正する。
【００７２】
ステップ３８０のピンガーの測位計算について説明する。図１１を参照して，真方位データメモリ２８４には，全てのピンガー音についての真方位データセットが格納され，環境データメモリ２８０には各ロガーの設置位置情報が予め格納されているものとする。
【００７３】
図１１を参照して，距離ｄだけ離れた２点Ａ及びＢに２台のロガーを設置するものとする。ロガーＢの座標を原点（０，０）、ロガーＡの座標を（０，ｄ）とする。音源位置をＳ（ｘ，ｙ）、θ１とθ２をそれぞれロガーＡとロガーＢとに対する鳴声の到来方位とすると、以下の式が成り立つ。
【数２】
2013044670.tif 000005
【００７４】
これらを連立させることよってＳ位置の座標（ｘ，ｙ）は、以下の式により求められる。
【数３】
2013044670.tif 000006
【００７５】
［動作］
以上に，構成を説明したモニタリングシステム５０を用いて，以下のような処理により海域内での所望の水圏生物の個体をモニタする。なお，水圏生物の各個体には，予め発信機を取付けておき，発信機から発信される超音波信号により各固体が識別可能なように設定しておく。場合によっては，発信機の周波数を個体により異ならせるようにしてもよい。
【００７６】
図８を参照して，最初にロガー６０，６２等を所望の海域の海底に，最低２箇所以上設置（固定）する（ステップ３００）。その際，各ロガーの水中マイクの設置位置及びその真方位を記録しておく。ロガーは予め所定の動作設定により設定されているものとする。水中マイクとロガー本体とは，いずれも海底にしっかりと固定しておく。水中マイク及びロガーをこのように海底に固定することで，海流等の影響を受けない，高い精度の測位を行なえる。なお，マイクの位置はできるだけ正確に同じ高さ（両者が水平面にあること）に設置することが望ましいが，多少の誤差があっても，マイクの間の位置が大きければそれほど精度が低下するわけではない。
【００７７】
以下の説明では，各ロガーは，ヘテロダイン方式による周波数のシフトにより，長時間にわたり各ロガーが２チャンネルの音声を録音するように設定されているものとする。
【００７８】
ロガーの設置時に，各ロガーの録音を開始させることにより，各ロガーが所定期間の録音を実行する（ステップ３０２）。
【００７９】
この期間では，各ロガー（たとえばロガー６０）は以下のように動作する。図５を参照して，第１の信号処理回路１８０及び第２の信号処理回路１８２の各部は，スイッチ１４２により予め設定されている。水中マイク１０４及び１１４が収集した音声は電気信号に変換され，水中コネクタ１２８及び１３０を経てそれぞれアンプ２００及び２２０に与えられる。アンプ２００及び２２０はそれぞれ，予め設定された増幅率でこの信号を増幅し，ＨＰＦ２０２及び２２２に与える。ＨＰＦ２０２及び２２２とＬＰＦ２０４及び２２４とにより，各チャンネルの所定帯域の信号のみが検波器２０６及び検波器２２６に与えられる。
【００８０】
検波器２０６及び２２６は，既に述べたとおり，基本周波数を６０ｋＨｚとして入力信号をそれぞれ，６０ｋＨｚだけ低域側にシフトした信号を出力する。
【００８１】
Ａ／Ｄ変換回路１８４は，検波器２０６及び２２６がそれぞれ出力する信号を所定のサンプリング周波数でサンプリングすることでデジタル信号に変換してコントローラ１６２に与える。
【００８２】
コントローラ１６２は，計測時間が来ると，これらの信号を，チャンネルごとにＨＤＤ１６４に記録していく。計測は間歇的なものでもよいし，連続したものでもよい。なお，コントローラ１６２は内部にクロックを持ち，記録開始時間を起点として，計測間隔を積分した相対時間とともに各測定値を記録していく。
【００８３】
一定期間が経過したらロガーを回収する（ステップ３０４）。
【００８４】
続いて，各ロガーから水中音信号を読出し，それらについて前述した測位処理をすることで各ピンガー（したがって各個体）の測位を行なう。具体的には以下のような手順の処理が実行される。
【００８５】
予め，環境データメモリ２８０には前述した環境データが記憶されているものとする。
【００８６】
ここで，図９に制御構造を示すピンガー測位処理のプログラムが起動され，演算部２７２によるその実行が開始される。
【００８７】
まず，ステップ３２０では，以下のような処理により各ロガーの水中音データが水中音データメモリ２７８に転送される。
【００８８】
図４に示すように，各ロガーのカバー１２２を筐体１２０からはずし，内部の取付板１４０を取出す。取付板１４０上の電子回路１４４には，図５に示すようにＩＦ１６６が設けられている。このＩＦ１６６を，図７に示す水圏生物の高精度測位装置２６０のＩＦ２８８に接続する。演算部２７２は，データ表示部２７６を制御し，図５のＨＤＤ１６４に記録されている水中音を読出し，水中音データメモリ２７８に記憶する（ステップ３２２）。ステップ３２０でこれを全てのロガーに対して行なうことにより，水中音データメモリ２７８には全てのロガーの全てのチャンネルの水中音データが記憶される。
【００８９】
続いて，水中音データメモリ２７８に記憶された全ての水中音データに対し，以下の処理が実行される。まず，その水中音データの時間を絶対時間に変換する（ステップ３５０）。続いて，水中音データの第１チャンネル及び第２チャンネルの双方について，所定のしきい値以上のレベルである水中音部分をピンガー音の部分として切出し，ピンガーを識別する値と時刻ともにピンガーデータとしてピンガーデータメモリ２８２に記憶する。なおこのとき，ピンガー音をその周波数別に検出するようにしてもよいし，ピンガー音に含まれるピンガーの識別データにより各ピンガー音を区別するようにしてもよい。
【００９０】
ステップ３５０及び３５２の処理が対象となるロガーの２チャンネルの水中音データに対して行なわれることにより，ピンガーデータメモリ２８２には，そのロガーに到来した全てのピンガー音に関するピンガーデータがピンガーの識別子及び時刻とともに記憶されていることになる。
【００９１】
続いてステップ３３８では，以下に述べるステップ３４０の処理を，ピンガーデータメモリ２８２に記憶された，処理対象のロガーから得られた全てのピンガーデータに対して実行する。ステップ３４０では，具体的には，演算部２７２は，ピンガーデータメモリ２８２に格納された，処理対象のロガーから得られたピンガーデータと環境データメモリ２８０に格納されたロガーインデックスデータ，ロガーの水中マイク間隔，及び観測海域の音速場の代表的値を読込む。そして，図１０に示した計算方法により，処理対象のロガーに各ピンガー音が到来した方向（ロガーに対する相対方位）を算出する。さらに，ステップ３６２で，この相対的な方位に対して処理対象のロガーの水中マイクの真方位が加算され，真方位データが得られる。続いて，この真方位データを真方位データメモリ２８４に記憶する。
【００９２】
以上のステップ３３６の処理を全てのロガーに対して実行することにより，各ロガーについて，そのロガーに到来した全てのピンガー音の到来方向（真方位データ）が真方位データメモリ２８４に記憶されていることになる。
【００９３】
このようにして，真方位データが得られた後，ステップ３３８において，ステップ３３４の処理で得られた全てのピンガーの真方位データを用い，ピンガーの各々に対して以下のステップ３４０の処理を実行する。
【００９４】
ステップ３４０では，対象となるピンガーについて得られた全ての時刻のピンガー音に対して以下のステップ３７２の処理を実行する。
【００９５】
ステップ３７２では，最初に，ステップ３８０でロガーのペアの全てに対しピンガーの測位処理を行なう。この処理については図１１を参照して説明したとおりである。ステップ３８０の処理により全てのロガーのペアに対してピンガーの測位結果が得られると，それらの重心をステップ３８２で計算することで，対象となるロガーのペアから，その時刻でのピンガーの位置（すなわちこのピンガーが取付けられた個体の位置）が算出される。この値をステップ３８２でピンガー位置データメモリ２８６に記憶する。
【００９６】
こうして，全てのピンガーの全てのピンガー音に対し，ピンガーの位置が特定される。
【００９７】
このようにして得られたピンガーの位置は，例えばデータ表示部２７６に表示してもよいし，データ入出力部２７４を介して他の装置に出力してもよい。
【００９８】
上記実施の形態によれば，水中マイクを含むロガーは海底に固定されるため，陸上装置による設置制限を受けることはなく，海流の影響等を受けて測位の精度が落ちる心配もない。各ロガーは，そのロガーに到来する水中音のうち，所定の帯域の音声を全て記録する。周波数を切替えながら水中音を録音するわけではないため，対象となる周波数帯域のピンガー音を収録し損なう恐れは少ない。その結果，個体の位置の測位を信頼性高く行なえる。
【００９９】
また，上記実施の形態に係るロガーは，ヘテロダイン方式により超音波を比較的低い帯域の信号にシフトして録音する。そのため，サンプリング周波数を低く抑えることができ，信号波形の劣化を引き起こさずに長時間にわたりピンガー音の録音を行なえる。また，ピンガー音が水中音データとして長期間にわたり録音され，かつその水中音データが回収されるため，ロガーの受信状況をモニタすることもできる。なお，既に述べたとおり，ヘテロダイン方式に限定されるわけではなく，スーパーヘテロダイン方式を用いてもよいことは言うまでもない。
【０１００】
上記実施の形態では，測定対象となる個体が比較的浅い海域に生息していることを前提としている。そのため，個体がほぼ一定の平面内に存在すると考えられ，２つのロガーでピンガー音の測位を行なえる。しかし本発明はそのような実施の形態には限定されない。３つのロガーを用いることにより，３次元での個体の測位を行なえることは，原理からいって当業者には明らかである。
【０１０１】
上記実施の形態では，パワーユニット１４６には単一乾電池を用いている。電源としては，このように乾電池を用いるものに限らず，リチウム電池を用いてもよい。ただし，リチウム電池を海中で用いると危険が伴うため，あえて上記実施の形態では電池を使用している。
【０１０２】
上記実施の形態について，様々な変形が可能である。例えばＨＤＤ１６４は，装置が多少高価になることが許されるのであれば，ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｄｒｉｖｅ）で代替できる。ＳＳＤを用いると，ＨＤＤよりもさらに消費電力が抑えられ，その結果，録音時間をより長くできる。
【０１０３】
もしも大容量で所定のメモリポートに着脱可能なメモリが利用可能であれば，ＨＤＤ１６４に代えて，メモリポートを取付板１４０に設けてもよい。メモリポートにメモリを装着した状態で水中に設置してメモリに水中音を録音させ，回収したときにはＩＦ１６６を経由することなく，メモリをポートから取り外して水圏生物の高精度測位装置２６０に装着するようにしてもよい。
【０１０４】
上記実施の形態では，各ロガーは２チャンネルの水中音を記録できる。しかし原理的には，各ロガーの持つ録音チャンネルは３チャンネル以上でもよいことは明らかである。ただし，実用上は１つのロガーで２チャンネルの録音をするものが最も使いやすいと思われる。
【０１０５】
なお，上記実施の形態に係るロガーは，金属製の筐体１２０を用いている。金属性の筐体を用いることにより，水中である程度の水圧がかかったり，何らかの原因でロガーに大きな衝撃が加えられたりしても壊れることはなく，データの収録が失敗する危険性を小さくできる。筐体１２０の断面が円形である必要もないが，円形であれば耐衝撃性がもっとも高くなると思われ，耐久性という面では他の形よりも望ましい。
【０１０６】
上記実施の形態では，水中マイクをロガー本体１００とは別にし，ワイアー及び水中コネクタでロガー本体１００に接続するようにした。この構成により，水中マイクの位置がロガー本体１００の設置位置に制約されず，適切な位置に水中マイクを設置することが可能になる。しかし本発明はそのような実施の形態には限定されない。例えば，１対の水中マイクを本体に固定するようにしてもよい。その場合には，水中マイク同士の距離をできるだけ大きくとるように，例えば本体から張り出した１対のアームを設け，そこに水中マイクを設置するようにしてもよい。又は筒型の本体の先端と後端とにマイクを設けるようにしてもよい。このようにすることで，マイクを本体と別に設置する必要がなくなるため，ロガーの設置が容易になるという効果が得られる。
【０１０７】
上記実施の形態では，専用の水圏の高精度測位装置２６０でピンガーの測位を行なう場合を説明した。しかし，水圏生物の高精度測位装置２６０は汎用のコンピュータハードウェアと，図９に制御構造を説明したソフトウェアとによっても実現できる。
【０１０８】
今回開示された実施の形態は単に例示であって，本発明が上記した実施の形態のみに制限されるわけではない。本発明の範囲は，発明の詳細な説明の記載を参酌した上で，特許請求の範囲の各請求項によって示され，そこに記載された文言と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含む。
【符号の説明】
【０１０９】
５０  モニタリングシステム
６０，６２，６４  ロガー
７０，７４  発信機
１００  ロガー本体
１０２，１１２  ポール
１０４，１１４  水中マイク
１０８，１１８  ケーブル
１２０  筐体
１２２  カバー
１２４  固定具
１２６  ハンドル
１２８，１３０  水中コネクタ
１４０  取付板
１４２  スイッチ
１４４  電子回路
１４６  パワーユニット
１６０  信号処理回路
１６２  コントローラ
１６４  ＨＤＤ
１６６，２８８  インターフェイス（ＩＦ）
１８０，１８２  信号処理回路
１８４  Ａ／Ｄ変換回路
２００，２２０  アンプ
２０２，２２２  高域通過フィルタ
２０４，２２４  低域通過フィルタ
２０６，２２６  検波器
２６０  水圏生物の高精度測位装置
２７４  データ入出力部
２７２  演算部
【図１】
2013044670.tif 000007
【図２】
2013044670.tif 000008
【図３】
2013044670.tif 000009
【図４】
2013044670.tif 000010
【図５】
2013044670.tif 000011
【図６】
2013044670.tif 000012
【図７】
2013044670.tif 000013
【図８】
2013044670.tif 000014
【図９】
2013044670.tif 000015
【図１０】
2013044670.tif 000016
【図１１】
2013044670.tif 000017