特集

超カバレッジ拡張を実現する非地上系ネットワークの取り組み

超広域大気海洋観測技術

地球環境未来予測 技 術

台風観測

超広域大気海洋観測技術に向けた海洋観測機器の位置制御技術
NTT 宇宙環境エネルギー研究所では，地球環境をサイバー空間上に再現し，未来予測を可能にする地球環境未来予測技術の確立をめざしています．地球環境の状態を理解するために不可欠な海洋データを収集するため，常時 ･ リアルタイム ･ 広域 ･ 高密度な直接観測

しのざきを実現する超広域大気海洋観測技術の研究開発に取り組んでいます．

篠崎

本稿では，超広域大気海洋観測技術と海洋観測の位置制御に関する

ゆか

友花

ひさだ

久田

まさき

正樹

NTT 宇宙環境エネルギー研究所

取り組みについて紹介します．

これまで直接観測が難しかった未踏領の地球環境のモデル化に資する海洋観域を含む海洋のあらゆる場所に IoT セ測データの取得をめざします．現在，

NTT 宇宙環境エネルギー研究所でンサを配置し，超省電力・低コストで海洋観測で主に利用されているリモー

は，地球環境の再生と環境適応に向の観測をめざす観測技術です．将来的トセンシングでは質的にも量的にも十け，地球規模の観測により，サイバーに は，NTT が 進 め る 宇 宙 統 合 コ ン分ではありません．一方で，海域にお空間上に地球の過去・現在を再現し，ピューティング・ネットワーク と連いて常時・リアルタイムな直接観測を未来を予測する地球環境未来予測技

携 し，IoT セ ン サ が 発 す る LPWA

広範囲かつ高密度に実現するには，海術 に取り組んでいます．海洋は地球（Low Power Wide Area）の電波を

洋特有の課題を解決する必要がありまの表面積の 7 割を占め，台風や線状低軌道衛星やHAPSなどを経由して，す．代表的なものとして，観測機器の降水帯などの極端気象の発生にかか観測データをリアルタイムに収集する

低消費電力化，通信の確保，耐候性のわるなど，私たちの生活に大きな影観測を実現します．本技術は，台風や向上，位置制御が挙げられます．

響を与えています．海洋で起こる現線状降水帯などの気象や，海洋の微生■低消費電力化

象のメカニズム解明やモデル化には，物と栄養塩などの海洋生態系のメカニ長期間での海洋観測において，観測海域での直接観測データを充実させズム解明，さらにはサイバー空間上で機器の低消費電力化は不可欠です．現

地球環境の未来予測に向けて

（1）

（3）

ることが重要である一方で，海洋特有の難しさがあり，十分な観測が行

低軌道衛星

わ れ て い ま せ ん． 本 稿 で は，IoT（Internet of Things）センサを活用

衛星IoTセンサ（空中）し，地球規模で海洋の常時・リアルタイムかつ広域・高密度な直接観測を実現する超広域大気海洋観測技術（2）と，その主要な取り組みの 1 つである観測機器の位置制御技術について

衛星IoTセンサ（海面）
衛星IoTセンサ（海中）紹介します．

超広域大気海洋観測技術
超広域大気海洋観測技術（図 1 ）は，182023.6

図1

超広域大気海洋観測技術

特集

在の海洋観測では，電力をバッテリとの水没や塩害などの環境対策が必要とらに，メンテンナンスや交換が必要な太陽光発電に依存していますが，陸上なります．また，波や風による揺れがタイミングで，これらの衛星 IoT センと比較して観測期間中のバッテリ交換常に存在し，特に台風のような強い風サを回収できるようにします．例えばは困難であり，荒天時は太陽光発電にや高い波により，致命的なダメージを

図 2（a）のように，衛星 IoT センサを 1よる電力供給もできません．海洋で長受ける可能性があるため，海洋環境をカ所にまとめて投入し，格子状に自動期的な観測をするためには，搭載する想定した観測機器の開発が重要です．

的に配置することで，指定の領域を観センサや推進装置などで消費する電力■位置制御測することが可能となります．これらを低減させることが重要となります．

海流や風などの影響を受ける海域にの衛星 IoT センサを効率良く回収する

観測期間の長期化は観測機器の交換頻おいて，広範囲で高密度な観測を実現には，1 カ所に集合させるのが理想で度を減らすことになり，観測コストのするためには，観測機器を偏りなく配す．このような理想に対し，現状のブ削減につながります．

置する位置制御が不可欠です．海底にイなど推進装置を持たない観測機器を■通信の確保

アンカーを設置してケーブルで係留す用いた場合，海流や風に流されること地球上のあらゆる場所に設置した観ることで，位置を固定する方法もありで，観測密度の偏りが生じます．さら測機器から，リアルタイムに観測デー

ますが，水深の深い海域では，設置のに，海洋に散らばった大量の観測機器タを収集するためには，広範囲で大量難易度が高く，定期的なメンテナンスの回収には，膨大なコストがかかるたの通信の確保が不可欠です．現在，陸により大きなコストがかかります．一め，そのまま投棄されているのが現状

上から離れた海洋でも，主に衛星通信方で，スクリュープロペラやウォーターです．観測機器の中には，電力などをを活用して観測データを収集することジェットなどの推進装置により位置制動力源とした推進機器により移動制御が可能ですが，一度に送信可能なデー御する場合には，貴重な電力を消費すを行うケースがありますが，低消費電タ量に制限がある，通信コストが高価るため，観測期間への影響があります．

力化が求められる長期的な海洋観測にであるなどの問題があります．また，以降では，超広域大気海洋観測技術は不向きです．このような課題を克服

データの送受信に波の影響を受けないの確立に向けた海洋観測機器の位置制

し，前述した理想の観測を実現するたなど，海洋特有の環境でも安定した通御技術について，詳しく紹介します．

めには，海流や波，風などの外力を活信が必要です．

用しながら，衛星 IoT センサを所定の超広域大気海洋観測技術の確立■耐候性の向上
台風のような荒天下において，安定位置に配置する位置制御技術の確立がに向けた位置制御技術必要です．

した海洋観測を実現するためには，過超広域大気海洋観測技術を活用した

そこで，観測機器に海流や風を活用

酷な環境であっても，観測の継続が可

海洋観測では，大量の衛星 IoT センサした位置制御能力を保有させる位置制

能な観測機器の耐候性の向上が不可欠

を偏りなく広域に配置し，観測データ御技術として， 2 つの研究開発を進めです．海上は陸上と異なり，電子部品を収集することをめざしています．さています．1 つが，漂流予測情報（4）にまとめて回収

まとめて投入まとめて回収

まとめて投入予測との誤差は波力・風力推進で修正

海流に乗り
拡散

海流に乗り
拡散

海流では行けない地点へ移動

海流に乗り集合

海流に乗り集合観測

観測（b）波力・風力推進技術を用いた海洋観測（a）理想的な海洋観測

図2

位置制御技術2023.619

特集

超カバレッジ拡張を実現する非地上系ネットワークの取り組み

図3

漂流ブイ的な海洋観測の発展に向けて，電力にしています．

依存しない位置制御技術の実現が大き

2023年 3 月に沖縄県の宮古島沖で，な課題となっています．超広域大気海

漂流予測精度の検証のため，水温計と洋観測技術では，海流や風を活用し，GPS を搭載した漂流ブイ（図 3 ）に漂流予測に基づいて衛星 IoT センサをよる漂流観測実証を開始しました．海漂流させ，波力・風力推進技術を活用流や風の漂流ブイへの影響をモデル化した位置制御を実現します．海域でのし，漂流予測を行うとともに，実際に観測データを充実させることで，海流漂流観測を行うことで，漂流予測の精などの物理現象の正確なモデル化が可度検証を行っています．漂流予測と漂能になります．さらに台風・線状降水

流軌跡の乖離を解析して原因分析する帯や，生態系の研究にも有効な，多種ことで，予測精度の向上に向けた予測

多様な検討材料を集めることができ，モデルの検討と必要なインプットデー

さまざまな分野で研究の発展が期待でタの収集を進めています．

きます．2023年の夏には台風予測精度■波力・風力推進技術向上に向けた台風観測を計画しておよる位置制御技術です．海域での観測

海域での位置制御では，観測機器をり，本稿で紹介した漂流予測を用い機器は海流や風の影響を受けて海面を漂流させることで位置制御を行うととて，漂流ブイを台風の進路上に設置漂流します．この漂流を活用することもに，衛星 IoT センサの位置を修正す

し，台風通過前後の海水温の変化等をで，位置制御を実現します．もう 1 つる推進力を観測機器に付加することが観測する実験の検討を進めています．

が，波力・風力推進技術です．波・風重要です．海洋観測において，周囲のを活用し，観測機器に推進力を付加し環境から無限に供給可能な波や風を動．て位置制御をする技術です（図 2（b））

力源とすることで，電力を使わない推これらの技術を組み合わせることで，進手法を確立し，波や風を直接推進力電力を使わずに位置制御を行う海洋観に変換できる推進器の開発をめざして測の実現をめざしています．

います．動力源に波力・風力の両方を■漂 流予測情報による位置制御活用することで，天候の変化に合わせ■参考文献（1） https://journal.ntt.co.jp/article/20365（2） https://www.rd.ntt/research/SE0008.html（3） https://journal.ntt.co.jp/article/19855（4） https://www1.kaiho.mlit.go.jp/KAN2/
gyoumu/hyoryu.html

技術て柔軟に推進力を得られる技術を検討

ある地点に投入した浮体が，海流等しています．また，超多数での運用をの影響を受けてどのように漂流するか想定しているため，観測機器の保管場を予測するのが漂流予測です．漂流予所や，設置・回収時の船舶への積載を測では，気象庁の海流や風の予報デー考慮した，全長 １ m，重さ25 kg 程度

タをインプットとし，浮体の形状にの小型な観測機器を目標に研究開発を

よって海流と風の影響をどの程度受け進めています．現在，波力や風力を推るかをモデル化することで，浮体の移進力に変換できる仕組みを設計し，シ動方向と移動量を予測します．衛星ミュレータを活用して仮想的な検証を

IoT センサの海域での動きを予測し，行っています．検証結果に基づいて試投入場所や時間を調整することで，移作機を製作し，推進力の検証と観測機動を制御します．現在の漂流予測は精器の改良を進めていきます．

海洋の観測環境を整備することで，海洋のデジタル化や地球環境未来予測技術に貢献します．

今後の展望◆問い合わせ先度が低く，予測精度の向上が不可欠ですが，予測と実績を比較するための観20を蓄積し，漂流予測精度の向上をめざ

測データが少なく，高度化が進んでい

本稿では，超広域大気海洋観測技術ない状況です．私たちは，漂流観測をのうち，観測機器の位置制御に関する継続的に実施することで，観測データ取り組みについて紹介しました．長期

2023.6（左から）篠崎  友花 / 久田  正樹

NTT 宇宙環境エネルギー研究所
企画担当
TEL 0422-59-7203
E-mailse-kensui-pb

ntt.com