(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水面上に浮かぶ構造とされ、水面に追従して上下動する浮体に、アンテナ及びＧＮＳＳ受信機と、前記ＧＮＳＳ受信機により得られた３次元位置情報及び予め求められている修正海況情報推定モデルとから海況情報を計算する処理装置と、前記処理装置により求められた海況情報を送信する通信装置とが搭載され、
前記修正海況情報推定モデルは、
水面上に浮かぶ構造とされ、水面に追従して上下動する海況情報測定ブイと前記浮体を近距離の位置に浮かべ、
前記海況情報測定ブイからの３次元位置情報及び海況情報と前記浮体からの３次元位置情報を受信し、
前記海況情報測定ブイの海況情報推定モデルのパラメータを修正することによって求められたものであり、
前記海況情報測定ブイは、
アンテナ及びＧＮＳＳ受信機と、
前記ＧＮＳＳ受信機により得られた３次元位置情報及び予め機械学習によって求められている海況情報推定モデルとから海況情報を計算する処理装置と、
前記処理装置により求められた海況情報を送信する通信装置とが搭載され、
前記海況情報推定モデルは、前記海況情報測定ブイとほぼ同一形状のブイを浮かべると共に、前記ブイが受ける海況情報を測定する海況情報測定器を設け、
前記ブイのＧＮＳＳ受信機が受信した３次元位置情報及び前記海況情報測定器により測定された測定海況情報をコンピュータに供給し、３次元位置情報及び測定海況情報を訓練データとして機械学習を行うことによって求められたものである
海況情報測定装置。
【請求項２】
水面上に浮かぶ構造とされ、水面に追従して上下動する浮体に、アンテナ及びＧＮＳＳ受信機と前記ＧＮＳＳ受信機により得られた３次元位置情報を送信する通信装置とが搭載され、
前記浮体の外部において、前記３次元位置情報及び予め求められている修正海況情報推定モデルとから海況情報を計算する処理装置が設けられ、
前記修正海況情報推定モデルは、
水面上に浮かぶ構造とされ、水面に追従して上下動する海況情報測定ブイと前記浮体を近距離の位置に浮かべ、
前記海況情報測定ブイからの３次元位置情報及び海況情報と前記浮体からの３次元位置情報を受信し、
前記海況情報測定ブイの海況情報推定モデルのパラメータを修正することによって求められたものであり、
前記海況情報測定ブイは、
アンテナ及びＧＮＳＳ受信機と、
前記ＧＮＳＳ受信機により得られた３次元位置情報及び予め機械学習によって求められている海況情報推定モデルとから海況情報を計算する処理装置と、
前記処理装置により求められた海況情報を送信する通信装置とが搭載され、
前記海況情報推定モデルは、前記海況情報測定ブイとほぼ同一形状のブイを浮かべると共に、前記ブイが受ける海況情報を測定する海況情報測定器を設け、
前記ブイのＧＮＳＳ受信機が受信した３次元位置情報及び前記海況情報測定器により測定された測定海況情報をコンピュータに供給し、３次元位置情報及び測定海況情報を訓練データとして機械学習を行うことによって求められたものである
海況情報測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海況情報測定ブイを使用した海況情報測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、海況情報、すなわち、波高（波の高さ）、波向（波の向き）、流向、流速を測定する海況情報測定装置である。例えば波高測定装置として従来から超音波式、水圧式などが知られている。超音波式及び水圧式は、計測可能な水深が制限される問題がある。また、高価なセンサを搭載しているので、装置全体が高価額となる問題があった。
【０００３】
これらの問題を解決するものとして、ＧＰＳ（Global Positioning System）衛星からの電波 を受信する受信機をブイに搭載して、ブイの三次元位置を測定することによって、波高を測定する波高測定装置が提案されている（特許文献１参照）。この波高測定装置は、ＧＰＳアンテナ、ＧＰＳ受信機、データ記録装置、データ処理装置及び送信機を備えており、ＧＰＳシステムによって観測され且つブイが浮遊する現地の波高及び流向流速を計算済みの算出データが、受信機を備える基地局に送信される。データ処理装置は、波高及び流向流速を計算するため、位置データに対する処理を行うことによって、精度を向上することができるようにされている。
【０００４】
また、特許文献２には、波浪計測用海上プラットホームとして利用できるブイとして、円筒ブイなどの弛緩係留式表面ブイと、引き込み係留式スパーブイなど緊張係留型スパーブイとがあることが記載されている。特許文献２は、緊張係留型スパーブイの改良に関するものである。特許文献２では、スパーブイの上部に搭載したＧＰＳ式の運動計測センサでスパーブイ上部の動揺による運動変位を３次元位置データとして時系列に計測し、時系列で得られた３次元位置データから波高の近似値をテーブルルックアップによる補間計算方法で求めることが記載されている。すなわち、特許文献２の波高波向及び流向流速の計測は、使用するブイの形状・大きさ等に依存する動揺特性、すなわち加速度や姿勢変化等の運動特性を考慮して、波高波向及び流向流速を算出するものであった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−３０２２２１号公報
【特許文献２】特開２００７−３２７８５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の波高測定装置は、測定された三次元位置から波高を求めるためのデータ処理装置をブイに搭載するもので、測定程度を高くするためには、複雑なデータ処理を行う必要があった。その結果、測定装置のコストが上昇するおそれがあった。また、特定の構成のブイによって波高測定を行う必要があり、例えば既存の船を利用して波高測定を行うことは難しかった。
【０００７】
特許文献２に記載されているように、緊張係留型スパーブイの場合には、ブイの揺れが小さいことを利用してブイ本体の吃水付近の水面変化をブイに固定した水位計で計測し、そのデータを波高に換算する方式をとっている。さらに、運動計測方法としてＧＰＳ式の運動計測センサにより３次元情報を取得する方式も記載されている。本発明は、弛緩係留式表面ブイに関するものであり、引用文献２の対象とする緊張係留型スパーブイとは相違している。弛緩係留式表面ブイの場合には、ブイが波面に追従するものとみなしてその上下運動を計測し、そのデータを波高値に換算する方式である。特許文献２に記載のものも特許文献１と同様に、特定の構成のブイによって波高測定を行う必要があり、例えば既存の船を利用して波高測定を行うことは難しかった。
【０００８】
したがって、本発明の目的は、ブイが波面に追従して上下動する構成において、簡単な構成でローコストであって、ブイに限らず、既存の船などの浮体を測定装置として利用することが可能な海況情報測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、水面上に浮かぶ構造とされ、水面に追従して上下動する浮体に、アンテナ及びＧＮＳＳ受信機と、ＧＮＳＳ受信機により得られた３次元位置情報及び予め求められている修正海況情報推定モデルとから海況情報を計算する処理装置と、処理装置により求められた海況情報を送信する通信装置とが搭載され、
修正海況情報推定モデルは、
水面上に浮かぶ構造とされ、水面に追従して上下動する海況情報測定ブイと浮体を近距離の位置に浮かべ、
海況情報測定ブイからの３次元位置情報及び海況情報と浮体からの３次元位置情報を受信し、
海況情報測定ブイの海況情報推定モデルのパラメータを修正することによって求められたものであり、
海況情報測定ブイは、
アンテナ及びＧＮＳＳ受信機と、
ＧＮＳＳ受信機により得られた３次元位置情報及び予め機械学習によって求められている海況情報推定モデルとから海況情報を計算する処理装置と、
処理装置により求められた海況情報を送信する通信装置とが搭載され、
海況情報推定モデルは、海況情報測定ブイとほぼ同一形状のブイを浮かべると共に、ブイが受ける海況情報を測定する海況情報測定器を設け、
ブイのＧＮＳＳ受信機が受信した３次元位置情報及び海況情報測定器により測定された測定海況情報をコンピュータに供給し、３次元位置情報及び測定海況情報を訓練データとして機械学習を行うことによって求められたものである
海況情報測定装置である。
本発明は、水面上に浮かぶ構造とされ、水面に追従して上下動する浮体に、アンテナ及びＧＮＳＳ受信機とＧＮＳＳ受信機により得られた３次元位置情報を送信する通信装置とが搭載され、
浮体の外部において、３次元位置情報及び予め求められている修正海況情報推定モデルとから海況情報を計算する処理装置が設けられ、
修正海況情報推定モデルは、
水面上に浮かぶ構造とされ、水面に追従して上下動する海況情報測定ブイと浮体を近距離の位置に浮かべ、
海況情報測定ブイからの３次元位置情報及び海況情報と浮体からの３次元位置情報を受信し、
海況情報測定ブイの海況情報推定モデルのパラメータを修正することによって求められたものであり、
海況情報測定ブイは、
アンテナ及びＧＮＳＳ受信機と、
ＧＮＳＳ受信機により得られた３次元位置情報及び予め機械学習によって求められている海況情報推定モデルとから海況情報を計算する処理装置と、
処理装置により求められた海況情報を送信する通信装置とが搭載され、
海況情報推定モデルは、海況情報測定ブイとほぼ同一形状のブイを浮かべると共に、ブイが受ける海況情報を測定する海況情報測定器を設け、
ブイのＧＮＳＳ受信機が受信した３次元位置情報及び海況情報測定器により測定された測定海況情報をコンピュータに供給し、３次元位置情報及び測定海況情報を訓練データとして機械学習を行うことによって求められたものである
海況情報測定装置である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、波高、流速などの海況情報をＧＮＳＳ受信機によって受信された３次元位置情報を使用するのみで、取得することができる。なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本明細書中に記載されたいずれかの効果であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の一実施形態の機械学習時の構成の概略を示す略線図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態の機械学習時の構成を示すブロック図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態のブロック図である。
【図４】図４は、検定用ブイの使用方法の一例の説明に使用する略線図である。
【図５】図５は、検定用ブイと共に使用される係留ブイのブロック図である。
【図６】図６は、係留ブイに関する修正波高推定モデルを求めるための構成を示すブロック図である。
【図７】図７Ａ及び図７Ｂは、検定用ブイの使用方法の他の例及びさらに他の例の説明に使用する略線図である。
【図８】図８は、流速測定のための機械学習時の構成の概略を示す略線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、本発明の好適な具体例であり、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において、特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの実施の形態に限定されないものとする。
【００１３】
本発明の一実施形態の理解を容易とするために、本発明を利用した海況情報測定システムの概要について説明する。このシステムは、ブイのみならず、あらゆる浮体にＧＮＳＳ(Global Navigation Satellite System／全地球航法衛星システム)受信機を搭載するだけで簡単に波高測定装置を実現できるものである。なお、ＧＮＳＳは、GPS、GLONASS、Galileo 、準天頂衛星（QZSS）等の衛星測位システムの総称のことである。例えば最近では、準天頂衛星システム（みちびき）の運用が開始されることによって、ＧＰＳを補い、より高精度の測位が可能となりつつある。
【００１４】
このシステムでは、ＧＮＳＳ受信機と機械学習によって浮体の動揺特性から海況情報例えば波高を推定する学習モデル（波高推定モデル）を組み合わせた波高測定装置を製作する。そして、この波高測定装置から得られた動揺特性と推定波高を、教師用データの出力として、学習モデルを再構築する。すなわち、対象とするブイ、船舶例えば小型漁船の動揺特性を新たな入力データとして加え、各浮体の波高推定モデルのパラメータを調整して全ての浮体を波高計測装置として利用できるようにする。本発明は、例えばこのようなシステムにおける海況情報測定ブイ及び波高測定装置を提供するものである。
【００１５】
最初に図１を参照して波高推定モデルの作成について説明する。図１において、１がブイを示す。ブイ１は、海面ＳＦ上（又は湖沼上或いは河川上）に浮かぶ構造とされており、風の影響を受けにくいドーム状の機器収納部と、その周囲に設けられたリング状の浮輪を有する。より具体的には、ブイ１は、海面すれすれに浮かぶ小型（７０ｃｍ程度）かつ円盤状で海面上の動きに追随しやすい等方性を有する形状となっている。これにより、従来のスパーブイ等の筒状のブイよりもブイ本体に対する風や流れの影響が極めて少なく、海面の変動とほぼ同期した挙動を示す。この特有のブイ構造と機械学習を組み合わせることで、ブイの動揺特性を加速度や姿勢から解析する従来手法とは異なる、海面変動、言い換えれば３次元位置情報の変動パターンだけから推定することが可能となる。すなわち、機械学習による推定モデル生成の際に、波浪特有の海面変動特性を学習させて、３次元の位置情報の変動パターンだけから波高波高や流向流速を推定することが可能となる。
【００１６】
図示しないが、海底のシンカー等にブイ１が係留されている。ブイ１は、アンテナ２を有し、衛星からの電波をアンテナ２によって受信するＧＮＳＳ受信機３が設けられている。ＧＮＳＳ受信機３は、また、予め位置が分かっている電子基準点で衛星からの電波を受信することにより求められた誤差補正情報もアンテナ２が受信する。誤差補正情報は、５Hz〜１０Hzの頻度で受信される。その結果、測位の精度が高精度なものとなる。ＧＮＳＳ受信機３によって、ブイ１（アンテナ２）の３次元位置情報Ｐ１が得られる。３次元位置情報は、（Ｘ：経度、Ｙ：緯度、Ｚ：海抜又は標高）で表される。
【００１７】
ＧＮＳＳ受信機３からの３次元位置情報Ｐ１が無線通信部４に供給される。無線通信部４は、アンテナ５を有し、インターネット上のウエブサイト又は地上のセンターと無線通信を行なう。例えば携帯電話網を利用した通信がなされる。衛星電話網を利用して通信を行なってもよい。さらに、ブイ１には、海底に敷設された波高計８から波高データを受信するためのインターフェース６が設けられている。ＧＮＳＳ受信機３、無線通信部４及びインターフェース６に対して電源を供給する電源部７がブイ１に設けられている。電源部７は、定期的（例えば１時間毎）にバッテリーからの電力供給を行なうように制御される。また、波高計算のために必要な波数例えば１００個の波に相当する振幅（３次元位置情報）を収集したら、各部への電源をＯＦＦとするように制御される。電源部７は、例えば二次電池と太陽発電装置によって構成されている。
【００１８】
波高計８は、例えば水圧変化を検出することによってブイ１が受ける波高を測定するものである。水圧変化を検出する方式以外に超音波を使用する波高計なども使用できる。波高計８は、敷設可能な水深が規定されている。波高計８の測定波高データＲ１が有線又は無線によってインターフェース６を介して無線通信部４に供給される。或いはメモリカード等の記録媒体を介して測定波高データＲ１は収集される。無線通信部４は、３次元位置情報及び波高データを送信する。なお、ＧＮＳＳ受信機３が受信した３次元位置情報に対してノイズ除去等の処理を行なうようにしてもよい。
【００１９】
通信部４から送信された電波が図２に示すように、アンテナ１１によって受信され、無線通信部１２に供給される。無線通信部１２によって受信処理がなされ、３次元位置情報Ｐ１及び測定波高データＲ１が受信部１２から取り出され、解析用コンピュータ１３に供給される。解析用コンピュータ１３は、３次元位置情報Ｐ１及び測定波高データＲ１を訓練データとして教師ありの機械学習を行い、３次元位置情報Ｐ１と波高の関係を表す波高推定モデルＭ１を求める。波高推定モデルＭ１は、アルゴリズム、関数である。
【００２０】
例えば推定モデル（ニューラルネットワーク）の入力として３次元情報を与え、出力として波高（推定）を得る。推定した波高が正解データ（海底設置の波高計８で実測した波高）に近づくよう繰り返し計算やパラメータ調整を行い（これが機械学習）波高値を推定する。この機械学習により、３次元位置情報から海面の変動パターンを学習するとともに、ノイズ等の異常値を区別して自動的に除去して正確な波高値を推定するようになされる。
【００２１】
このように求められた波高推定モデルＭ１を使用して、図３に示すように、海況情報測定ブイ（以下、検定用ブイと称する）２１を構成する。検定用ブイ２１は、上述したブイ１と同様の形状を有し、アンテナ２２、ＧＮＳＳ受信機２３、無線通信部２４、アンテナ２５、コンピュータ２６及び電源部２７を備えている。電源部７は、定期的（例えば１時間毎）にバッテリーからの電力供給を行なうように制御される。また、波高計算のために必要な標本データを収集したら、各部への電源をＯＦＦとするように制御される。電源部７は、例えば二次電池と太陽発電装置によって構成されている。ＧＮＳＳ受信機２３は、衛星からの電波及び誤差補正情報を受信して３次元位置情報Ｐ１を出力する。コンピュータ２６には、ソフトウェアとして波高推定モデルＭ１がインストールされている。
【００２２】
検定用ブイ２１において、ＧＮＳＳ受信機２３によって取得された３次元位置情報Ｐ１が無線通信部２４及びコンピュータ２６に供給される。コンピュータ２６が波高推定モデルＭ１を使用して波高データＲ１を求め、求められた波高データＲ１を無線通信部２４に供給する。無線通信部２４は、３次元位置情報Ｐ１及び波高データＲ１をインターネットの所定のウエブサイト又は地上センターに送信する。
【００２３】
図４を参照して検定用ブイ２１を使用した海況情報測定装置について説明する。例えば検定用ブイ２１と対象浮体としての係留ブイ３１が近距離で共通のブイ４１に対して係留されている。ブイ４１は、海底のシンカー４２とケーブル４３を介して繋がれている。したがって、検定用ブイ２１及び係留ブイ３１は、互いの距離が比較的小さいので、両者がほぼ同一の海況に浮かんでおり、ほぼ同じ波などの海況の影響を受けている。なお、ブイ４１を設けずに、ケーブル４３に対して係留ブイ３１を繋げてもよい。
【００２４】
係留ブイ３１は、図５に示すように、アンテナ３２、ＧＮＳＳ受信機３３、無線通信ブイ３４、アンテナ３５及び電源部３７を備えている。これらの構成要素は、検定用ブイ２１と同様である。ＧＮＳＳ受信機３３は、衛星からの電波を受信して処理することによって検定用ブイ３１自身の３次元位置情報Ｐ２を出力する。この３次元位置情報Ｐ２が無線通信部３４及びアンテナ３５によってウエブサイト又は地上のセンターへ送信される。
【００２５】
検定用ブイ２１からの３次元位置情報Ｐ１及び波高データＲ１と、係留ブイ３１からの３次元位置情報Ｐ２を含む電波が図６に示すような受信側のアンテナ５１によって受信され、無線通信部５２からこれらのデータが受信サーバ５３に供給される。受信サーバ５３に対して解析用コンピュータ５４が接続されている。
【００２６】
解析用コンピュータ５４の解析によって係留ブイ３１のＧＮＳＳ受信機３３によって得られた３次元位置情報Ｐ２から波高を求めるための修正波高推定モデルＭ２が作成される。修正波高推定モデルＭ２は、検定用ブイ２１の３次元位置情報と波高の関係と、異なった大きさ、形状、重量の係留ブイ３１の３次元位置情報と波高の関係とが一致していないために、波高推定モデルＭ１のパラメータを修正したものである。
【００２７】
そして、係留ブイに対してこの修正波高推定モデルＭ２を搭載することによってその係留ブイが波高計としての機能を持つことになる。求められた波高データが無線通信によってウエブサイト（クラウドサーバー）又は地上のセンターに送信され、リアルタイムで係留ブイが存在している海域の波高情報が得られる。
【００２８】
予め設定されているユーザー例えば漁業関係者がグラフ等に加工された形態の波高情報をパーソナルコンピュータ、携帯端末（例えばスマートフォン）等によって知ることができる。なお、各係留ブイが３次元位置情報のみを送信するようにし、ウエブサイト（クラウドサーバー）又は地上のセンターが各係留ブイからの３次元位置情報を受信し、修正波高推定モデルＭ２を使用して各係留ブイの位置における波高を測定するようにしてもよい。
【００２９】
係留ブイに限らず、図７Ａに示すように、漂流ブイ６１と検定用ブイ２１をケーブルなどで連結し、漂流ブイ６１に対応した修正波高推定モデルを得るようにしてもよい。修正波高推定モデルを一旦得ることができれば、多数の漂流ブイに修正波高推定モデルを搭載することによって、又は多数の漂流ブイからの３次元位置情報を受信するウエブサイト（クラウドサーバー）又は地上のセンターにおいて修正波高推定モデルを使用することによって、各漂流ブイの位置における波高をリアルタイムで測定することができる。
【００３０】
さらに、図７Ｂに示すように、ＧＮＳＳ受信機７２を積んだ漁船等の比較的小型の船舶７１に対して検定用ブイ２１を繋げてもよい。この場合では、船舶７１に対応した修正波高推定モデルを得ることができる。上述した係留ブイ、漂流ブイの場合と同様に、船舶にＧＮＳＳ受信機を積むことによって、その船舶を波高測定装置としての役割を持たすことができる。
【００３１】
波高の測定について説明したが、波高と同様に、機械学習によって流向流速推定モデルを求め、対象浮体に応じてパラメータを修正した修正流向流速推定モデルを求めることによって、波高と同時に流向流速も同時に計測することができる。
【００３２】
さらに、機械学習時に図８に示す構成を使用することによってより正確に流向流速を測定することができる。係留ブイ８１が海底のシンカー８８とケーブル８９で繋がれている。係留ブイ８１には、アンテナ８２、ＧＮＳＳ受信機８３、無線通信部８４、アンテナ８５、電源部８６及びロードセル８７が備えられている。ロードセル８７以外の構成は、図１と同様であり、ＧＮＳＳ受信機８３によって係留ブイ８１の３次元位置情報が得られ、この３次元位置情報とロードセル８７により測定された張力データが無線通信部８４によって送信される。
【００３３】
ロードセル８７は、係留ブイ８１とケーブル８９のつなぎ目付近に設けられて、ケーブル８９にかかる張力を測定する。この張力は、流れの強弱を反映したものであり、張力から流速を推定するようになされる。このようにして張力（流速）と３次元位置情報からなる訓練データが得られ、この訓練データを使用して機械学習がなされる。
【００３４】
以上、本発明の実施の形態について具体的に説明したが、本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。例えば、無流時（潮止まり）の位置を中心（基準点）として、ブイの漂流位置から流向を推定するようにしてもよい。また、本発明により得られた波高情報を使用して船舶の動揺補正を行なうことができ、正確な水深の測定が可能となる。上述の実施形態において挙げた構成、方法、工程、形状、材料および数値などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる構成、方法、工程、形状、材料および数値などを用いてもよい。
【符号の説明】
【００３５】
１・・・ブイ、３・・・ＧＮＳＳ受信機、４・・・無線通信部、８・・・波高計、
１３・・・解析用コンピュータ、２１・・・検定用ブイ、３１・・・係留ブイ、
Ｐ１，Ｐ２・・・３次元位置情報、Ｒ１・・・波高データ、Ｍ１・・・波高推定モデル、
Ｍ２・・・修正波高推定モデル
【図１】
0006969053.tif 000002
【図２】
0006969053.tif 000003
【図３】
0006969053.tif 000004
【図４】
0006969053.tif 000005
【図５】
0006969053.tif 000006
【図６】
0006969053.tif 000007
【図７】
0006969053.tif 000008
【図８】
0006969053.tif 000009