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JP7518802B2 - Underwater observation system and underwater observation method - Google Patents
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Description

本発明は、水中観測システムおよび水中観測方法に関する。 The present invention relates to an underwater observation system and an underwater observation method.

従来、海の状態を観測する技術として、気象観測衛星が観測したデータに基づいて海面水温の分布を算出したり、アルゴ(Argo)計画においてアルゴフロートにより観測したデータを衛星経由で収集したりする技術が知られている。 Conventional techniques for observing ocean conditions include calculating the distribution of sea surface temperatures based on data observed by meteorological observation satellites, and collecting data observed by Argo floats via satellite in the Argo program.

特許文献1には、水中に存在するの複数のドローンを陸上から通信により遠隔で制御する際に、陸上から離れた場所にあるドローンに対して、他のドローン経由(ホッピング)により無線通信する技術が記載されている。
特許文献2には、水中における端末と基地局間の通信経路を複数用意し、端末は、ある通信経路で基地局からの通信の応答が返ってこない場合に、基地局間の通信経路を他の通信経路に切り替える技術が記載されている。
Patent Document 1 describes a technology for remotely controlling multiple drones underwater from land via communications, in which drones located far from land communicate wirelessly via other drones (hopping).
Patent document 2 describes a technology in which multiple communication paths are prepared between a terminal and a base station underwater, and if the terminal does not receive a response from the base station over one communication path, it switches the communication path between the base stations to another communication path.

特開2018-90017号公報JP 2018-90017 A 特開2009-260756号公報JP 2009-260756 A

気象観測衛星が観測したデータでは海中の状態までは計測することができない。また、アルゴ計画においてアルゴフロートを配置する間隔は約300kmと広いために、海中の状態について精細な計測をすることは難しい。また特許文献1,2には、水中の状態を精細に計測することまでは開示されていない。 Data collected by meteorological observation satellites cannot measure undersea conditions. Furthermore, the Argo floats in the Argo mission are spaced at intervals of approximately 300 km, making it difficult to make precise measurements of undersea conditions. Furthermore, Patent Documents 1 and 2 do not disclose how to make precise measurements of underwater conditions.

図12に示されるように、複数のセンサを一定の間隔Dで海面や海中に配置し、水温や塩分濃度を同じタイミングで計測すれば、海中の状態を精細に計測することができる。ここで、海面に配置されたセンサはGPS(Global Positioning System)によって自己の位置を把握して所定の位置を維持することができる。一方、海中に配置されたセンサは、GPSを利用することができないために、自己の位置を把握することができない。このため、図13に示されるように、海中に配置されたセンサは海流で流されても所定の位置に復帰することができず、各センサの間隔が等間隔ではなくなってしまう。 As shown in Figure 12, by placing multiple sensors on the sea surface or underwater at regular intervals D and measuring the water temperature and salinity at the same time, it is possible to measure the conditions under the sea precisely. Here, sensors placed on the sea surface can determine their own position using the Global Positioning System (GPS) and maintain a predetermined position. On the other hand, sensors placed underwater cannot determine their own position because they cannot use GPS. For this reason, as shown in Figure 13, sensors placed underwater cannot return to their predetermined position even if they are swept away by ocean currents, and the spacing between each sensor is no longer equal.

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、複数のセンサ装置によって水中の状態を精細に計測することを図ることにある。 The present invention was made in consideration of these circumstances, and its purpose is to precisely measure underwater conditions using multiple sensor devices.

(1)本発明の一態様は、水面及び水中を自律的に移動可能な複数のセンサ装置を備える水中観測システムであって、前記センサ装置は、制御部と、特定の計測項目の計測を行うセンサ部と、現在時刻を示す時刻情報を取得する時刻情報取得部と、自己の現在位置を示す位置情報を取得する位置情報取得部と、基地局との間で無線通信を行う水面通信部と、水中に配置されたセンサ装置との間で通信を行う水中通信部と、を備え、少なくとも3台の前記センサ装置が水面に配置され、複数の前記センサ装置が水中に配置され、水面に配置された前記センサ装置である水面センサ装置において、前記制御部は、自己のセンサ識別情報、前記時刻情報及び前記位置情報を含む水面配置情報を前記水中通信部により水中に配置されたセンサ装置へ送信し、水中に配置されたセンサ装置から送信されたセンサ計測データを前記水中通信部により受信し、前記水中通信部によって受信されたセンサ計測データを前記水面通信部により所定のデータ収集装置へ送信し、水中に配置された前記センサ装置である水中センサ装置において、前記制御部は、少なくとも3台の前記水面センサ装置から送信された水面配置情報を前記水中通信部により受信し、前記センサ部によって所定の計測タイミングで計測された所定の計測項目のセンサ計測データを前記水中通信部により前記水面センサ装置へ送信し、前記位置情報取得部は、前記水中通信部による前記水面センサ装置との間の通信遅延時間に基づいた前記水面センサ装置との間の距離と、前記水中通信部によって受信された水面配置情報と、前記センサ部によって計測された水深とに基づいて自己の位置を算出し、前記制御部は、前記位置情報取得部によって算出された自己の位置と前記水面センサ装置の位置とに基づいて、自己と当該水面センサ装置とが所定の位置関係になるように自己の移動を制御する、水中観測システムである。
(2)本発明の一態様は、所定の水深に配置された複数のセンサ装置から構成される第1グループ内のセンサ装置が通信不可になった場合に、前記第1グループに隣接する第2グループのセンサ装置が前記第2グループの位置から前記第1グループ側に移動し、当該移動に伴ってグループの再編成を行う、上記(1)の水中観測システムである。
(3)本発明の一態様は、前記センサ装置は、太陽光発電を行う太陽光発電部をさらに備え、水中センサ装置において、前記制御部は、水中に配置されてから一定の時間が経過すると、水面に浮上させるように自己の移動を制御する、上記(1)又は(2)のいずれかの水中観測システムである。
(4)本発明の一態様は、所定の水深に配置された複数のセンサ装置から構成されるグループが水面に浮上するタイミングで、当該グループ以外の他のグループが当該グループの元の水深に移動する、上記(3)の水中観測システムである。
(5)本発明の一態様は、自律型水中ロボットをさらに設け、前記自律型水中ロボットよりも浅い水深に、複数のセンサ装置から構成されるセンサ群を配置し、前記センサ群は、前記自律型水中ロボットの移動に合わせて移動しながら水中の計測を行う、上記(1)から(4)のいずれかの水中観測システムである。
(6)本発明の一態様は、水中センサ装置において、前記制御部は、水面センサ装置から受信した水面配置情報及び速度情報に基づいて水面センサ装置が移動する先の一定時間後の位置を推定し、推定結果の水面センサ装置の一定時間後の位置に基づいて、自己の一定時間後の目標位置を算出し、自己の速度に基づいて自己が移動する先の一定時間後の位置を推定し、一定時間後の自己の位置が目標位置になるように、自己の移動方向および速度を調節する、上記(1)から(5)のいずれかの水中観測システムである。
(7)本発明の一態様は、所定の水深に配置された複数の水中センサ装置から構成されるグループのうち少なくとも1つの水中センサ装置は、水面センサ装置と電気ケーブルで接続され、当該水面センサ装置から給電を受ける、上記(1)から(6)のいずれかの水中観測システムである。
(8)本発明の一態様は、所定の水深に配置された複数の水中センサ装置から構成されるグループが、異なる水深の複数の層にそれぞれ配置される、上記(1)から(7)のいずれかの水中観測システムである。
(9)本発明の一態様は、前記水面センサ装置は、前記水中センサ装置の位置を示す位置情報を前記水中センサ装置から収集し、前記水面センサ装置は、自己の位置を示す位置情報と、前記水中センサ装置の位置を示す位置情報とを、前記水面通信部により運用者端末へ送信し、前記水面センサ装置は、前記水面通信部により運用者端末から、水面センサ装置の目標位置と、水中センサ装置の上位層との間の目標距離とを受信し、前記水面センサ装置は、前記目標位置へ自律移動し、前記水面センサ装置は、前記目標距離を前記水中通信部により前記水中センサ装置へ通知し、前記水中センサ装置は、自己の上位層との間の距離を前記目標距離にするように自律移動する、上記(1)から(8)のいずれかの水中観測システムである。
(1) One aspect of the present invention is an underwater observation system comprising a plurality of sensor devices capable of autonomously moving on and underwater, the sensor devices comprising a control unit, a sensor unit that measures a specific measurement item, a time information acquisition unit that acquires time information indicating the current time, a position information acquisition unit that acquires position information indicating its own current position, a surface communication unit that performs wireless communication with a base station, and an underwater communication unit that communicates with sensor devices disposed underwater, wherein at least three of the sensor devices are disposed on the water surface and a plurality of the sensor devices are disposed underwater, and in the water surface sensor devices that are the sensor devices disposed on the water surface, the control unit transmits water surface placement information including its own sensor identification information, the time information, and the position information to the sensor devices disposed underwater by the underwater communication unit, receives sensor measurement data transmitted from the sensor devices disposed underwater by the underwater communication unit, and transmits sensor measurement data received by the underwater communication unit to the sensor devices disposed underwater. This is an underwater observation system in which an underwater sensor device is a sensor device that is placed underwater and transmits measurement data to a specified data collection device via the water surface communication unit, the control unit receives water surface placement information transmitted from at least three of the water surface sensor devices via the underwater communication unit, and transmits sensor measurement data of specified measurement items measured by the sensor unit at a specified measurement timing to the water surface sensor device via the underwater communication unit, the position information acquisition unit calculates its own position based on the distance between the water surface sensor device based on the communication delay time between the water surface sensor device and the underwater communication unit, the water surface placement information received by the underwater communication unit, and the water depth measured by the sensor unit, and the control unit controls its own movement based on its own position calculated by the position information acquisition unit and the position of the water surface sensor device so that it has a specified positional relationship with the water surface sensor device.
(2) One aspect of the present invention is an underwater observation system as described above in (1 ), in which, when a sensor device in a first group consisting of a plurality of sensor devices arranged at a predetermined water depth becomes unable to communicate, a sensor device in a second group adjacent to the first group moves from the position of the second group toward the first group, and the groups are reorganized as a result of the movement .
(3) One aspect of the present invention is an underwater observation system of either (1) or (2) above, wherein the sensor device further includes a solar power generation unit that generates solar power, and in the underwater sensor device, the control unit controls the movement of the sensor device so that it rises to the surface after a certain amount of time has elapsed since it was placed underwater.
(4) One aspect of the present invention is an underwater observation system as described above in (3), in which, when a group consisting of a plurality of sensor devices arranged at a predetermined water depth rises to the water surface, other groups other than the group in question move to the original water depth of the group in question.
(5) One aspect of the present invention is an underwater observation system of any of (1) to (4) above, further comprising an autonomous underwater robot, and a sensor group consisting of a plurality of sensor devices arranged at a water depth shallower than the autonomous underwater robot, the sensor group moving in accordance with the movement of the autonomous underwater robot while taking underwater measurements.
(6) One aspect of the present invention is an underwater observation system of any of (1) to (5) above, in which, in the underwater sensor device, the control unit estimates a position to which the water surface sensor device will move after a certain time period based on water surface positioning information and speed information received from the water surface sensor device, calculates its own target position after a certain time period based on the estimated position of the water surface sensor device after the certain time period, estimates its own position to which it will move after a certain time period based on its own speed, and adjusts its own movement direction and speed so that its position after the certain time period becomes the target position.
(7) One aspect of the present invention is an underwater observation system of any of (1) to (6) above, in which at least one of a group consisting of a plurality of underwater sensor devices arranged at a predetermined water depth is connected to a water surface sensor device by an electrical cable and receives power from the water surface sensor device.
(8) One aspect of the present invention is an underwater observation system of any of (1) to (7) above, in which a group consisting of a plurality of underwater sensor devices arranged at a predetermined water depth is arranged in a plurality of layers at different water depths.
(9) One aspect of the present invention is an underwater observation system of any of (1) to (8) above, wherein the water surface sensor device collects location information indicating the location of the underwater sensor device from the underwater sensor device, the water surface sensor device transmits location information indicating its own location and location information indicating the location of the underwater sensor device to an operator terminal via the water surface communication unit, the water surface sensor device receives a target position of the water surface sensor device and a target distance between the underwater sensor device and a higher layer from the operator terminal via the water surface communication unit, the water surface sensor device autonomously moves to the target position, the water surface sensor device notifies the underwater sensor device of the target distance via the underwater communication unit, and the underwater sensor device autonomously moves so as to set the distance between itself and the higher layer to the target distance.

(10)本発明の一態様は、水面及び水中を自律的に移動可能な複数のセンサ装置を備える水中観測システムの水中観測方法であって、前記センサ装置は、制御部と、特定の計測項目の計測を行うセンサ部と、現在時刻を示す時刻情報を取得する時刻情報取得部と、自己の現在位置を示す位置情報を取得する位置情報取得部と、基地局との間で無線通信を行う水面通信部と、水中に配置されたセンサ装置との間で通信を行う水中通信部と、を備え、少なくとも3台の前記センサ装置が水面に配置され、複数の前記センサ装置が水中に配置され、水面に配置された前記センサ装置である水面センサ装置の前記制御部が、自己のセンサ識別情報、前記時刻情報及び前記位置情報を含む水面配置情報を前記水中通信部により水中に配置されたセンサ装置へ送信するステップと、水中に配置された前記センサ装置である水中センサ装置の前記制御部が、少なくとも3台の前記水面センサ装置から送信された水面配置情報を前記水中通信部により受信するステップと、前記水中センサ装置の前記位置情報取得部が、前記水中通信部による前記水面センサ装置との間の通信遅延時間に基づいた前記水面センサ装置との間の距離と、前記水中通信部によって受信された水面配置情報と、前記センサ部によって計測された水深とに基づいて自己の位置を算出するステップと、前記水中センサ装置の前記制御部が、前記位置情報取得部によって算出された自己の位置と前記水面センサ装置の位置とに基づいて、自己と当該水面センサ装置とが所定の位置関係になるように自己の移動を制御するステップと、前記水中センサ装置の前記制御部が、前記センサ部によって所定の計測タイミングで計測された所定の計測項目のセンサ計測データを前記水中通信部により前記水面センサ装置へ送信するステップと、前記水面センサ装置の前記制御部が、前記水中センサ装置から送信されたセンサ計測データを前記水中通信部により受信するステップと、前記水面センサ装置の前記制御部が、前記水中通信部によって受信されたセンサ計測データを前記水面通信部により所定のデータ収集装置へ送信するステップと、を含む水中観測方法である。 (10) One aspect of the present invention is an underwater observation method for an underwater observation system comprising a plurality of sensor devices capable of autonomously moving on and underwater, the sensor devices comprising a control unit, a sensor unit that measures specific measurement items, a time information acquisition unit that acquires time information indicating the current time, a position information acquisition unit that acquires position information indicating its own current position, a surface communication unit that performs wireless communication with a base station, and an underwater communication unit that communicates with sensor devices disposed underwater, wherein at least three of the sensor devices are disposed on the water surface, and a plurality of the sensor devices are disposed underwater, the control unit of the water surface sensor device that is the sensor device disposed on the water surface transmits water surface placement information including its own sensor identification information, the time information, and the position information to the sensor device disposed underwater via the underwater communication unit, the control unit of the underwater sensor device that is the sensor device disposed underwater receives the water surface placement information transmitted from the at least three water surface sensor devices via the underwater communication unit, and the position information acquisition unit of the underwater sensor device transmits the water surface placement information to the sensor device disposed underwater. The underwater observation method includes the steps of: calculating the position of the underwater sensor device based on the distance between the underwater sensor device and the water surface sensor device based on the communication delay time between the underwater communication unit and the water surface sensor device, the water surface arrangement information received by the underwater communication unit, and the water depth measured by the sensor unit; controlling the movement of the underwater sensor device so that the underwater sensor device and the water surface sensor device are in a predetermined positional relationship based on the position of the underwater sensor device calculated by the position information acquisition unit and the position of the water surface sensor device; transmitting sensor measurement data of a predetermined measurement item measured by the sensor unit at a predetermined measurement timing to the water surface sensor device by the underwater communication unit by the control unit of the underwater sensor device; receiving the sensor measurement data transmitted from the underwater sensor device by the underwater communication unit by the control unit of the water surface sensor device; and transmitting the sensor measurement data received by the underwater communication unit to a predetermined data collection device by the water surface communication unit by the control unit of the water surface sensor device.

本発明によれば、複数のセンサ装置によって水中の状態を精細に計測することができるという効果が得られる。 The present invention has the advantage that underwater conditions can be precisely measured using multiple sensor devices.

一実施形態に係る水中観測システムの構成例を示すブロック図である。1 is a block diagram showing an example of the configuration of an underwater observation system according to an embodiment. 一実施形態に係るセンサ装置の構成例を示すブロック図である。1 is a block diagram showing an example of the configuration of a sensor device according to an embodiment; 一実施形態に係る水中観測方法の手順の例を示すフローチャートである。1 is a flowchart illustrating an example of a procedure of an underwater observation method according to an embodiment. 一実施形態に係る水中位置把握方法の説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram of an underwater positioning method according to an embodiment. 一実施形態に係る水面配置情報の構成例を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing an example of the configuration of water surface arrangement information according to an embodiment. 一実施形態に係る海面センサ装置と海中センサ装置との間の距離を計測する方法の一例の説明図である。1 is an explanatory diagram of an example of a method for measuring a distance between a sea surface sensor device and an underwater sensor device according to an embodiment; 一実施形態に係る海面センサ装置と海中センサ装置との間の距離を計測する方法の一例の説明図である。1 is an explanatory diagram of an example of a method for measuring a distance between a sea surface sensor device and an underwater sensor device according to an embodiment; 一実施形態に係る動的計測の構成例を示す構成図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of dynamic measurement according to an embodiment. 一実施形態に係る間隔矯正方法の例の説明図である。1A to 1C are diagrams illustrating an example of a gap correction method according to an embodiment. 一実施形態に係るセンサ装置の配置例を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an example of an arrangement of a sensor device according to an embodiment. 一実施形態に係るセンサ装置の配置例を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an example of an arrangement of a sensor device according to an embodiment. 一実施形態に係るセンサ装置の配置例を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an example of an arrangement of a sensor device according to an embodiment. センサ装置の配置の異常状態の例を示す図である。FIG. 13 is a diagram illustrating an example of an abnormal state of the arrangement of sensor devices.

以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。本実施形態では水面や水中の例として海面や海中を挙げて説明するが、湖や人工的なダムやプール等の水面や水中であってもよい。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In this embodiment, the surface of the ocean and underwater are used as examples of water surfaces and underwater areas, but the surface of water and underwater areas of lakes, artificial dams, pools, etc. may also be used.

図1は、一実施形態に係る水中観測システムの構成例を示すブロック図である。図1に示される水中観測システム1において、複数のセンサ装置3(3-1,3-2,3-3,3-4,3-5,3-6,3-7,3-8)が海面や海中に配置される。各センサ装置3(3-1,3-2,3-3,3-4,3-5,3-6,3-7,3-8)を特に区別しないときはセンサ装置3と称する。また、センサ装置3をセンサ3と称する場合がある。 Figure 1 is a block diagram showing an example of the configuration of an underwater observation system according to one embodiment. In the underwater observation system 1 shown in Figure 1, multiple sensor devices 3 (3-1, 3-2, 3-3, 3-4, 3-5, 3-6, 3-7, 3-8) are placed on the sea surface or underwater. When there is no particular need to distinguish between the sensor devices 3 (3-1, 3-2, 3-3, 3-4, 3-5, 3-6, 3-7, 3-8), they will be referred to as sensor devices 3. Furthermore, the sensor devices 3 may be referred to as sensors 3.

センサ装置3は、海面及び海中を自律的に移動可能である。少なくとも3台のセンサ装置3(3-1,3-2,3-3)が海面に配置される。また、複数のセンサ装置3(3-4,3-5,3-6,3-7,3-8)が海中(海面下)に配置される。 The sensor devices 3 are capable of autonomously moving on the sea surface and underwater. At least three sensor devices 3 (3-1, 3-2, 3-3) are placed on the sea surface. In addition, multiple sensor devices 3 (3-4, 3-5, 3-6, 3-7, 3-8) are placed underwater (below the sea surface).

海面に配置されたセンサ装置(海面センサ装置)3-1,3-2,3-3は、グループXを構成する。海中に配置されたセンサ装置(海中センサ装置)3-4,3-5,3-6,3-7,3-8のうち、海面から一定の第1水深に配置された海中センサ装置3-4,3-5は、グループYを構成する。また海面から一定の第2水深に配置された海中センサ装置3-6,3-7,3-8は、グループZを構成する。第2水深は、第1水深よりも深い。各センサ装置3には、自己が所属するグループ及び配置が予め設定される。例えば図12に示されるように、各センサ装置3が一定の間隔Dで等間隔になるように、各センサ装置3に対して配置が予め設定される。 Sensor devices (sea surface sensor devices) 3-1, 3-2, and 3-3 arranged on the sea surface constitute group X. Of sensor devices (subsea sensor devices) 3-4, 3-5, 3-6, 3-7, and 3-8 arranged underwater, subsea sensor devices 3-4 and 3-5 arranged at a certain first depth from the sea surface constitute group Y. Subsea sensor devices 3-6, 3-7, and 3-8 arranged at a certain second depth from the sea surface constitute group Z. The second depth is deeper than the first depth. The group to which it belongs and the arrangement are set in advance for each sensor device 3. For example, as shown in FIG. 12, the arrangement of each sensor device 3 is set in advance so that the sensor devices 3 are equally spaced at a certain interval D.

基地局BSは、セルラーネットワークNWの基地局(セルラー基地局)である。海面センサ装置3-1,3-2,3-3は、基地局BSの通信圏内に存在する場合に、無線回線101により基地局BSに接続し、セルラーネットワークNWを介してデータ収集装置5と通信する。データ収集装置5は、海面センサ装置3-1,3-2,3-3を介して、各センサ装置3で計測されたセンサ計測データを収集する。
なお、本実施形態では、無線通信ネットワークの一例としてセルラーネットワークNWを利用するが、これに限定されない。無線通信ネットワークとして、無線LAN(Local Area Network)やLPWA(Low Power Wide Area-network)等を利用してもよい。
The base station BS is a base station (cellular base station) of the cellular network NW. When the sea level sensor devices 3-1, 3-2, and 3-3 are within the communication range of the base station BS, they connect to the base station BS via a wireless line 101 and communicate with the data collection device 5 via the cellular network NW. The data collection device 5 collects sensor measurement data measured by each sensor device 3 via the sea level sensor devices 3-1, 3-2, and 3-3.
In the present embodiment, a cellular network NW is used as an example of a wireless communication network, but is not limited thereto. A wireless LAN (Local Area Network), a LPWA (Low Power Wide Area Network), or the like may be used as the wireless communication network.

海面センサ装置3-1,3-2,3-3は、GPS衛星7から発信されるGPS信号を受信し、GPSにより、現在位置を示す位置情報(緯度、経度)を取得する。 The sea level sensor devices 3-1, 3-2, and 3-3 receive GPS signals transmitted from GPS satellites 7 and obtain position information (latitude, longitude) indicating their current positions via GPS.

海面センサ装置3-1,3-2,3-3は、グループYに所属する海中センサ装置3-4,3-5やグループZに所属する海中センサ装置3-6,3-7,3-8との間で、海中における通信を行う。グループYに所属する海中センサ装置3-4,3-5は、グループZに所属する海中センサ装置3-6,3-7,3-8との間で、海中における通信を行う。海中における通信は、音波を利用して行われる。 The sea surface sensor devices 3-1, 3-2, and 3-3 communicate underwater with the underwater sensor devices 3-4 and 3-5 belonging to group Y and the underwater sensor devices 3-6, 3-7, and 3-8 belonging to group Z. The underwater sensor devices 3-4 and 3-5 belonging to group Y communicate underwater with the underwater sensor devices 3-6, 3-7, and 3-8 belonging to group Z. Underwater communication is performed using sound waves.

図2は、本実施形態に係るセンサ装置の構成例を示すブロック図である。図2において、センサ装置3は、制御部10と、センサ部11と、時計部12と、GPS部13と、水面通信部14と、水中通信部15と、電源部16と、太陽光発電部17と、推進部18と、を備える。 Figure 2 is a block diagram showing an example of the configuration of a sensor device according to this embodiment. In Figure 2, the sensor device 3 includes a control unit 10, a sensor unit 11, a clock unit 12, a GPS unit 13, a surface communication unit 14, an underwater communication unit 15, a power supply unit 16, a solar power generation unit 17, and a propulsion unit 18.

制御部10は、センサ装置3の各部を制御する。制御部10の機能は、制御部10がCPU(Central Processing Unit:中央演算処理装置)及びメモリ等のコンピュータハードウェアを備え、CPUがメモリに格納されたコンピュータプログラムを実行することにより実現される。なお、制御部10として、汎用のコンピュータ装置を使用して構成してもよく、又は、専用のハードウェア装置として構成してもよい。 The control unit 10 controls each part of the sensor device 3. The functions of the control unit 10 are realized when the control unit 10 includes computer hardware such as a CPU (Central Processing Unit) and memory, and the CPU executes a computer program stored in the memory. The control unit 10 may be configured using a general-purpose computer device, or may be configured as a dedicated hardware device.

センサ部11は、特定の計測項目の計測を行う。センサ部11は、例えば水深や水温や塩分濃度等の計測を行う。 The sensor unit 11 measures specific measurement items. For example, the sensor unit 11 measures water depth, water temperature, salinity, etc.

時計部12(時刻情報取得部)は、現在時刻を示す時刻情報を取得する。GPS部13(位置情報取得部)は、GPSにより、自己の現在位置を示す位置情報を取得する。また、GPS部13がGPSにより取得した時刻情報は、時計部12の時刻の同期に使用される。 The clock unit 12 (time information acquisition unit) acquires time information indicating the current time. The GPS unit 13 (location information acquisition unit) acquires location information indicating the device's current location via GPS. In addition, the time information acquired by the GPS unit 13 via GPS is used to synchronize the time of the clock unit 12.

水面通信部14は、基地局BSの通信圏内に存在する場合に、無線回線101により基地局BSに接続し、セルラーネットワークNWを介してデータ収集装置5と通信する。 When the water surface communication unit 14 is within the communication range of the base station BS, it connects to the base station BS via a wireless line 101 and communicates with the data collection device 5 via the cellular network NW.

水中通信部15は、海中に配置された海中センサ装置3との間で、海中における通信を行う。 The underwater communication unit 15 communicates underwater with the underwater sensor device 3 placed underwater.

電源部16は、各部に電力を供給する。太陽光発電部17は、太陽光発電を行う。太陽光発電部17が発電した電力によって、電源部16のバッテリーが充電される。 The power supply unit 16 supplies power to each component. The solar power generation unit 17 generates solar power. The battery of the power supply unit 16 is charged by the power generated by the solar power generation unit 17.

推進部18は、制御部10からの移動指示に従って、自己のセンサ装置3を移動させる。 The propulsion unit 18 moves its own sensor device 3 according to movement instructions from the control unit 10.

次に図3を参照して本実施形態に係る水中観測方法を説明する。図3は、本実施形態に係る水中観測方法の手順の例を示すフローチャートである。 Next, the underwater observation method according to this embodiment will be described with reference to FIG. 3. FIG. 3 is a flowchart showing an example of the procedure of the underwater observation method according to this embodiment.

(ステップS1) 各センサ装置3に対して配置設定が行われる。この配置設定では、各センサ装置3が所属するグループと、各センサ装置3の配置(水深、緯度、経度)が設定される。 (Step S1) Layout settings are performed for each sensor device 3. In this layout setting, the group to which each sensor device 3 belongs and the layout (water depth, latitude, longitude) of each sensor device 3 are set.

(ステップS2) センサ装置3が海に投入されると、センサ装置3の制御部10は、自己に設定された配置(水深、緯度、経度:所定の配置)に移動するように、推進部18を制御する。このとき、グループXの海面センサ装置3-1,3-2,3-3は、GPS部13により自己の現在位置を把握して所定の配置に移動する。これにより、海面センサ装置3-1,3-2,3-3が所定の配置に移動する。 (Step S2) When the sensor device 3 is thrown into the sea, the control unit 10 of the sensor device 3 controls the propulsion unit 18 to move to the location set for the sensor device 3 (water depth, latitude, longitude: predetermined location). At this time, the sea level sensor devices 3-1, 3-2, and 3-3 of group X determine their current positions using the GPS unit 13 and move to the predetermined location. As a result, the sea level sensor devices 3-1, 3-2, and 3-3 move to the predetermined location.

一方、グループY,Zの海中センサ装置3-4,3-5,3-6,3-7,3-8は、GPS部13により自己の現在位置を把握することができない。このため、グループY,Zの海中センサ装置3-4,3-5,3-6,3-7,3-8は、グループXの海面センサ装置3-1,3-2,3-3から送信される水面配置情報等に基づいて自己の現在位置を把握する。 On the other hand, the underwater sensor devices 3-4, 3-5, 3-6, 3-7, and 3-8 of groups Y and Z cannot determine their current positions using the GPS unit 13. For this reason, the underwater sensor devices 3-4, 3-5, 3-6, 3-7, and 3-8 of groups Y and Z determine their current positions based on water surface arrangement information and the like transmitted from the sea surface sensor devices 3-1, 3-2, and 3-3 of group X.

ここで、図4を参照して海中センサ装置3が自己の現在位置を把握する方法を説明する。図4は、本実施形態に係る水中位置把握方法の説明図である。海面センサ装置3は、自己のセンサ識別情報(センサID)、時刻情報及び位置情報を含む水面配置情報を水中通信部15により海中センサ装置3へ送信する。図5に水面配置情報の構成例が示される。海中センサ装置3の水中通信部15は、3台の海面センサ装置3-1,3-2,3-3から各水面配置情報を受信する。海中センサ装置3の制御部10(位置情報取得部)は、3台の海面センサ装置3-1,3-2,3-3のそれぞれについての「水中通信部15による海面センサ装置3との間の通信遅延時間に基づいた当該海面センサ装置3との間の距離Da」及び「水中通信部15によって受信された水面配置情報」と、センサ部11によって計測された自己の水深Hとに基づいて、自己の位置(水深、緯度、経度)を把握する。 Now, referring to FIG. 4, a method for the underwater sensor device 3 to grasp its current position will be described. FIG. 4 is an explanatory diagram of the underwater position grasping method according to this embodiment. The sea surface sensor device 3 transmits water surface arrangement information including its own sensor identification information (sensor ID), time information, and position information to the underwater sensor device 3 by the underwater communication unit 15. An example of the configuration of the water surface arrangement information is shown in FIG. 5. The underwater communication unit 15 of the underwater sensor device 3 receives each water surface arrangement information from the three sea surface sensor devices 3-1, 3-2, and 3-3. The control unit 10 (position information acquisition unit) of the underwater sensor device 3 grasps its own position (water depth, latitude, longitude) based on "the distance Da between the sea surface sensor device 3 based on the communication delay time between the sea surface sensor device 3 by the underwater communication unit 15" and "the water surface arrangement information received by the underwater communication unit 15" for each of the three sea surface sensor devices 3-1, 3-2, and 3-3, and its own water depth H measured by the sensor unit 11.

図6は、海面センサ装置3と海中センサ装置3との間の距離Daを計測する方法の一例を説明するための説明図である。図6では、パッシブ方式により距離Daを計測する。図6において、各海面センサ装置3は、同じ送信時刻「13時00分00秒」に、海中センサ装置3へ水面配置情報を送信する。そして、図6の例では、海中センサ装置3は、同じ受信時刻「13時00分01秒」に、各海面センサ装置3の水面配置情報を受信する。この通信遅延時間「1秒」から、海中センサ装置3と各海面センサ装置3との間の距離Daが「1.7km」であると算出される。海中での音波の伝搬は約1.7km/sである。なお、各海面センサ装置3において、時計部12はGPS部13により時刻の同期がとられている。 Figure 6 is an explanatory diagram for explaining an example of a method for measuring the distance Da between the sea level sensor device 3 and the underwater sensor device 3. In Figure 6, the distance Da is measured using a passive method. In Figure 6, each sea level sensor device 3 transmits water surface location information to the underwater sensor device 3 at the same transmission time of "13:00:00". In the example of Figure 6, the underwater sensor device 3 receives the water surface location information of each sea level sensor device 3 at the same reception time of "13:00:01". From this communication delay time of "1 second", the distance Da between the underwater sensor device 3 and each sea level sensor device 3 is calculated to be "1.7 km". Sound waves propagate in the sea at approximately 1.7 km/s. In each sea level sensor device 3, the clock unit 12 is time-synchronized by the GPS unit 13.

図7は、海面センサ装置3と海中センサ装置3との間の距離Daを計測する方法の一例を説明するための説明図である。図7では、アクティブ方式により距離Daを計測する。図7において、海中センサ装置3は、各海面センサ装置3に対して、同時に所定の確認信号を送信する。各海面センサ装置3は、海中センサ装置3からの確認信号を受信すると、応答信号を当該海中センサ装置3へ返信する。海中センサ装置3は、確認信号を送信してから応答信号を受信するまでの往復遅延時間を計測する。図7の例では、海中センサ装置3と各海面センサ装置3との間の往復遅延時間が1.5sである。この往復遅延時間が1.5sから、海中センサ装置3と各海面センサ装置3との間の距離Daが算出される。 Figure 7 is an explanatory diagram for explaining an example of a method for measuring the distance Da between the sea level sensor device 3 and the underwater sensor device 3. In Figure 7, the distance Da is measured using an active method. In Figure 7, the underwater sensor device 3 simultaneously transmits a predetermined confirmation signal to each sea level sensor device 3. When each sea level sensor device 3 receives a confirmation signal from the underwater sensor device 3, it returns a response signal to the underwater sensor device 3. The underwater sensor device 3 measures the round-trip delay time from transmitting the confirmation signal to receiving the response signal. In the example of Figure 7, the round-trip delay time between the underwater sensor device 3 and each sea level sensor device 3 is 1.5 seconds. From this round-trip delay time of 1.5 seconds, the distance Da between the underwater sensor device 3 and each sea level sensor device 3 is calculated.

以上が本実施形態に係る水中位置把握方法の説明である。
これにより、グループYの海中センサ装置3-4,3-5は、自己の現在位置を把握して所定の配置に移動する。これにより、グループYの海中センサ装置3-4,3-5が所定の配置に移動する。
This concludes the description of the underwater position determination method according to this embodiment.
As a result, the underwater sensors 3-4 and 3-5 of group Y grasp their current positions and move to their predetermined locations. As a result, the underwater sensors 3-4 and 3-5 of group Y move to their predetermined locations.

なお、グループZの海中センサ装置3-6,3-7,3-8は、グループXの海面センサ装置3-1,3-2,3-3と海中における通信が可能な場合には、グループYの海中センサ装置3-4,3-5と同様にして自己の位置を把握して所定の配置に移動する。これにより、グループZの海中センサ装置3-6,3-7,3-8が所定の配置に移動する。 When the underwater sensor devices 3-6, 3-7, and 3-8 of group Z are able to communicate underwater with the sea surface sensor devices 3-1, 3-2, and 3-3 of group X, they determine their own positions and move to their designated locations in the same way as the underwater sensor devices 3-4 and 3-5 of group Y. This causes the underwater sensor devices 3-6, 3-7, and 3-8 of group Z to move to their designated locations.

一方、グループZの海中センサ装置3-6,3-7,3-8は、グループXの海面センサ装置3-1,3-2,3-3と海中における通信が不可能な場合には、グループXの代わりにグループYの海中センサ装置3を利用して、上記した図4-図7の水中位置把握方法により、自己の現在位置を把握する。この場合、グループYの海中センサ装置3は少なくとも3台が配置される。これにより、グループZの海中センサ装置3-6,3-7,3-8は、自己の位置を把握して所定の配置に移動する。 On the other hand, when the underwater sensor devices 3-6, 3-7, and 3-8 of group Z are unable to communicate underwater with the sea surface sensor devices 3-1, 3-2, and 3-3 of group X, they use the underwater sensor devices 3 of group Y instead of group X to determine their current positions using the underwater position determination method of Figures 4-7 described above. In this case, at least three underwater sensor devices 3 of group Y are deployed. As a result, the underwater sensor devices 3-6, 3-7, and 3-8 of group Z determine their own positions and move to the specified positions.

(ステップS3) センサ装置3の制御部10は、自己の位置を把握する。これは、ステップS2で所定の配置に着いた後に、海流により流されて所定の配置からずれていないかを確認するためである。 (Step S3) The control unit 10 of the sensor device 3 determines its own position. This is to check whether the sensor device 3 has been carried away by ocean currents and deviated from its designated position after reaching the designated position in step S2.

(ステップS4) センサ装置3の制御部10は、ステップS3により自己の位置を把握した結果、所定の配置からずれている(位置修正が必要である)か否かを判断する。この結果、位置修正が必要である場合はステップS5に進み、そうではない場合にはステップS6に進む。 (Step S4) The control unit 10 of the sensor device 3 determines whether or not its own position has shifted from the predetermined arrangement (position correction is necessary) as a result of determining its own position in step S3. If the result indicates that position correction is necessary, the process proceeds to step S5, and if not, the process proceeds to step S6.

(ステップS5) センサ装置3の制御部10は、自己の位置を所定の配置に戻すように、推進部18を制御する。これにより、センサ装置3は所定の配置に復帰する。 (Step S5) The control unit 10 of the sensor device 3 controls the propulsion unit 18 to return its own position to the specified arrangement. This causes the sensor device 3 to return to the specified arrangement.

(ステップS6) センサ装置3の制御部10は、センサ部11によって所定の計測タイミングで計測された所定の計測項目(例えば、水深、水温、塩分濃度等)のセンサ計測データを取得する。所定の計測タイミングは、全てのセンサ装置3で同時である。 (Step S6) The control unit 10 of the sensor device 3 acquires sensor measurement data of a predetermined measurement item (e.g., water depth, water temperature, salinity concentration, etc.) measured by the sensor unit 11 at a predetermined measurement timing. The predetermined measurement timing is simultaneous for all sensor devices 3.

(ステップS7) グループYの海中センサ装置3-4,3-5の制御部10は、センサ部11によって所定の計測タイミングで計測された所定の計測項目のセンサ計測データを、水中通信部15によりグループXの海面センサ装置3-1,3-2,3-3へ送信する。 (Step S7) The control units 10 of the underwater sensor devices 3-4 and 3-5 of group Y transmit sensor measurement data for specific measurement items measured by the sensor units 11 at specific measurement timings to the sea surface sensor devices 3-1, 3-2, and 3-3 of group X via the underwater communication units 15.

グループZの海中センサ装置3-6,3-7,3-8の制御部10は、センサ部11によって所定の計測タイミングで計測された所定の計測項目のセンサ計測データを、水中通信部15によりグループYの海中センサ装置3-4,3-5へ送信する。グループYの海中センサ装置3-4,3-5は、グループZの海中センサ装置3-6,3-7,3-8から受信したセンサ計測データを、水中通信部15によりグループXの海面センサ装置3-1,3-2,3-3へ転送する。 The control unit 10 of the underwater sensor devices 3-6, 3-7, and 3-8 of group Z transmits sensor measurement data of specified measurement items measured by the sensor unit 11 at specified measurement timing to the underwater sensor devices 3-4 and 3-5 of group Y via the underwater communication unit 15. The underwater sensor devices 3-4 and 3-5 of group Y transfer the sensor measurement data received from the underwater sensor devices 3-6, 3-7, and 3-8 of group Z to the sea surface sensor devices 3-1, 3-2, and 3-3 of group X via the underwater communication unit 15.

グループXの海面センサ装置3-1,3-2,3-3の制御部10は、自己のセンサ計測データと、各海中センサ装置3-4,3-5,3-6,3-7,3-8のセンサ計測データとを保持する。 The control units 10 of the sea surface sensor devices 3-1, 3-2, and 3-3 in group X hold their own sensor measurement data and the sensor measurement data of each of the underwater sensor devices 3-4, 3-5, 3-6, 3-7, and 3-8.

グループXの海面センサ装置3-1,3-2,3-3の制御部10は、水面通信部14によって基地局BSとの間の無線回線101が確立された場合に、自己か保持するセンサ計測データを水面通信部14によりデータ収集装置5へ送信する。 When a wireless link 101 is established between the sea surface sensor devices 3-1, 3-2, and 3-3 of group X and the base station BS by the water surface communication unit 14, the control unit 10 transmits the sensor measurement data it holds to the data collection device 5 by the water surface communication unit 14.

(ステップS8) 計測終了の場合は図3の処理を終了し、そうではない場合にはステップS3に戻る。 (Step S8) If the measurement is complete, end the process in FIG. 3; if not, return to step S3.

次に本実施形態に係る変形例を説明する。 Next, we will explain a modified example of this embodiment.

(変形例1)
あるグループのセンサ装置3が故障等により通信不可になった場合には、当該グループ(障害発生グループ)に隣接するグループのセンサ装置3が障害発生グループに移る。これにより、各グループに所属するセンサ装置3の台数のバランスを保つようにする。
(Variation 1)
When a sensor device 3 in a certain group becomes unable to communicate due to a failure or the like, the sensor devices 3 in the groups adjacent to that group (the group in which the failure occurred) are transferred to the group in which the failure occurred, thereby maintaining a balance in the number of sensor devices 3 belonging to each group.

(変形例2)
グループZの海中センサ装置3-6,3-7,3-8は、所定の配置に着いてから一定の時間が経過すると、海面に浮上する。これは、太陽光発電によって電源部16のバッテリーを充電するためである。グループZの海中センサ装置3-6,3-7,3-8は、海面に浮上すると、GPS部13によりGPS信号を受信し、GPS信号に含まれる時刻情報によって時計部12の時刻合わせを行う。
(Variation 2)
The underwater sensor devices 3-6, 3-7, and 3-8 of group Z rise to the sea surface after a certain amount of time has passed since they were deployed in their designated locations. This is to charge the battery of the power supply unit 16 by solar power generation. When the underwater sensor devices 3-6, 3-7, and 3-8 of group Z rise to the sea surface, they receive a GPS signal by the GPS unit 13 and adjust the time in the clock unit 12 by the time information contained in the GPS signal.

また、グループZが海面に浮上するタイミングで、グループXの海面センサ装置3-1,3-2,3-3はグループYの所定の第1水深に移動し、グループYの海中センサ装置3-4,3-5はグループZの所定の第2水深に移動する。このときの緯度及び経度は、所定の配置のまま同じである。この後、図3のステップS3以降の処理を継続してもよい。 Furthermore, when group Z rises to the sea surface, the sea surface sensor devices 3-1, 3-2, and 3-3 of group X move to the predetermined first depth of group Y, and the underwater sensor devices 3-4 and 3-5 of group Y move to the predetermined second depth of group Z. The latitude and longitude at this time remain the same as in the predetermined arrangement. After this, the processing from step S3 onwards in Figure 3 may be continued.

なお、悪天候により太陽光発電量が少なくなり電源部16のバッテリーの充電に想定以上の時間を要する場合には、太陽光発電のために海面に浮上する浮上タイミングを変更してもよい。この浮上タイミングの変更の指示は、海面センサ装置3が、自己の太陽光発電部17の発電量を監視した結果に基づいて海中センサ装置3へ行う。 If bad weather reduces the amount of solar power generation and it takes longer than expected to charge the battery of the power supply unit 16, the timing of surfacing to the sea surface for solar power generation may be changed. The sea level sensor device 3 issues an instruction to change the timing of surfacing to the underwater sensor device 3 based on the results of monitoring the amount of power generated by its own solar power generation unit 17.

(変形例3)
センサ群は、定点計測および動的計測(センサ群が移動しながら計測)のどちらにも対応する。定点計測では、上述した所定の配置にとどまって計測する。動的計測では、図8に示されるように、自律型水中ロボット(Autonomous Underwater Vehicle:AUV)40をさらに設ける。そして、AUV40よりも浅い水深の位置に、複数のセンサ装置3から構成されるセンサ群を配置する。センサ群は、AUV40の移動に合わせて移動する。AUV40は、センサ群からの位置情報に基づいて自己の位置を把握する。動的計測においても、海面センサ装置3の制御部10が、水面通信部14によって基地局BSとの間の無線回線101が確立された場合に、自己か保持するセンサ計測データを水面通信部14によりデータ収集装置5へ送信する。
(Variation 3)
The sensor group can be used for both fixed-point measurement and dynamic measurement (measurement while the sensor group moves). In fixed-point measurement, the sensor group stays at the predetermined location described above and performs measurement. In dynamic measurement, an autonomous underwater vehicle (AUV) 40 is further provided as shown in FIG. 8. A sensor group consisting of multiple sensor devices 3 is placed at a water depth shallower than that of the AUV 40. The sensor group moves in accordance with the movement of the AUV 40. The AUV 40 grasps its own position based on the position information from the sensor group. In dynamic measurement, when a wireless link 101 between the sea surface sensor device 3 and the base station BS is established by the water surface communication unit 14, the control unit 10 of the sea surface sensor device 3 transmits the sensor measurement data held by the control unit 10 to the data collection device 5 by the water surface communication unit 14.

(変形例4)
変形例は、海流の影響でセンサ装置3の間隔がずれることを矯正するための間隔矯正方法の例である。図9は、本実施形態に係る間隔矯正方法の例の説明図である。図9には、海面の真上から見た海面センサ装置3及び海中センサ装置3の配置が示される。海面センサ装置3は、情報50を海中センサ装置3へ送信する。情報50は、水面配置情報と、海面センサ装置3の速度を示す速度情報とを含む。海中センサ装置3は、海面センサ装置3から受信した水面配置情報及び速度情報に基づいて、海面センサ装置3が移動する先の一定時間後の位置aを推定する。次いで、海中センサ装置3は、推定結果の海面センサ装置3の一定時間後の位置aに基づいて、自己の一定時間後の目標位置bを算出する。また、海中センサ装置3は、自己の速度に基づいて、自己が移動する先の一定時間後の位置b’を推定する。次いで、海中センサ装置3は、一定時間後の自己の位置が目標位置bになるように、自己の移動方向および速度を調節する。これにより、海流の影響でセンサ装置3の間隔がずれることが矯正される。
(Variation 4)
The modified example is an example of a method for correcting the interval between the sensor devices 3 due to the influence of ocean currents. FIG. 9 is an explanatory diagram of an example of the method for correcting the interval according to the present embodiment. FIG. 9 shows the arrangement of the sea level sensor device 3 and the underwater sensor device 3 as viewed from directly above the sea surface. The sea level sensor device 3 transmits information 50 to the underwater sensor device 3. The information 50 includes water surface arrangement information and speed information indicating the speed of the sea level sensor device 3. The underwater sensor device 3 estimates a position a to which the sea level sensor device 3 will move after a certain time based on the water surface arrangement information and speed information received from the sea level sensor device 3. Next, the underwater sensor device 3 calculates its own target position b after a certain time based on the estimated position a of the sea level sensor device 3 after a certain time. In addition, the underwater sensor device 3 estimates a position b' to which it will move after a certain time based on its own speed. Next, the underwater sensor device 3 adjusts its own moving direction and speed so that its own position after a certain time becomes the target position b. This corrects the deviation in the spacing between the sensor devices 3 caused by the influence of ocean currents.

(変形例5)
各水深の配置を変える場合、変更対象の水深のグループ(層)に対して、直上の層のセンサ装置3から配置の変更を指示する。例えば、変更対象の層に対して、
、直上の層からの相対距離を通知する。図10,図11には、センサ装置3の配置例が示される。図10,図11では、GPSを利用可能な海面の第1層と、海中における通信を行う海中の第2層、第3層及び第4層とが設けられる。
(Variation 5)
When changing the arrangement of each water depth, a command to change the arrangement is given to the group (layer) of the water depth to be changed from the sensor device 3 of the layer immediately above. For example, for the layer to be changed,
10 and 11 show examples of the arrangement of the sensor device 3. In Fig. 10 and Fig. 11, a first layer is provided on the sea surface where GPS can be used, and a second, third and fourth layer are provided underwater for performing underwater communication.

なお、第2階層よりも深い深度の第3階層及び第4階層のセンサ装置3が第2階層のセンサ装置3の位置情報に基づいて自己の位置を把握すると、位置精度が劣化する可能性がある。これは、第2階層のセンサ装置3自身がGPSを利用して正確な位置情報を取得することができないからである。このため、GPSを利用可能な海面の第1層のセンサ装置3の水中通信部15が送信する送信出力を強くし、第1層のセンサ装置3から第3階層及び第4階層のセンサ装置3へ直接に位置情報等を含む水面配置情報などを送信してもよい。これにより、第3階層及び第4階層のセンサ装置3は、第1層のセンサ装置3から送信された情報に基づいて、自己の位置を正確に把握することができる。 When the sensor devices 3 on the third and fourth layers, which are deeper than the second layer, determine their own positions based on the position information of the sensor device 3 on the second layer, the position accuracy may be degraded. This is because the sensor device 3 on the second layer itself cannot obtain accurate position information using GPS. For this reason, the transmission output of the underwater communication unit 15 of the sensor device 3 on the first layer at the sea surface, where GPS is available, may be increased, and the sensor device 3 on the first layer may transmit water surface arrangement information including position information directly to the sensor devices 3 on the third and fourth layers. This allows the sensor devices 3 on the third and fourth layers to accurately determine their own positions based on the information transmitted from the sensor device 3 on the first layer.

また、第1層のセンサ装置3と電気ケーブルで接続した第2階層、第3階層及び第4階層のセンサ装置3を1セット設けてもよい。当該セットの第2階層、第3階層及び第4階層のセンサ装置3は、第1層のセンサ装置3から給電を受けることができるので、バッテリー切れの心配がなくなる。これにより、当該セットの第2階層、第3階層及び第4階層のセンサ装置3は、第1層のセンサ装置3と常時通信することによって、自己の位置を正確に把握することができる。
なお、同じグループ内の各センサ装置3には、海中の状態を計測する対象の水深の層に応じた水深がそれぞれに設定される。同じグループ内の各センサ装置3に設定される水深は、対象の水深の層の範囲内であればよい。あるグループの対象の水深の層の範囲が例えば水深10mから20mまでである場合、当該グループ内の各センサ装置3には、水深10mから20mまでの範囲内で任意の水深が設定される。例えば、同じグループ内の全てのセンサ装置3が、同一の水深であってもよく、又は同一の水深でなくてもよい。例えば、同じグループにおいて、同じ水深の複数のセンサ装置3が存在してもよい。例えば、同じグループにおいて、異なる水深のセンサ装置3が混在してもよい。
Also, a set of sensor devices 3 on the second, third and fourth layers may be provided, each connected to a sensor device 3 on the first layer by an electric cable. The sensor devices 3 on the second, third and fourth layers of the set can be powered by the sensor device 3 on the first layer, eliminating the need to worry about running out of battery. This allows the sensor devices 3 on the second, third and fourth layers of the set to accurately grasp their own positions by constantly communicating with the sensor device 3 on the first layer.
In addition, a water depth corresponding to the water depth layer of the target for measuring the underwater state is set for each sensor device 3 in the same group. The water depth set for each sensor device 3 in the same group may be within the range of the target water depth layer. If the range of the target water depth layer of a certain group is, for example, from 10 m to 20 m, an arbitrary water depth within the range of 10 m to 20 m is set for each sensor device 3 in the group. For example, all sensor devices 3 in the same group may or may not be at the same water depth. For example, multiple sensor devices 3 at the same water depth may exist in the same group. For example, sensor devices 3 at different water depths may be mixed in the same group.

上述した実施形態によれば、複数のセンサ装置3によって海中の状態を精細に計測することができるという効果が得られる。 The above-described embodiment has the advantage that the underwater conditions can be precisely measured using multiple sensor devices 3.

また本実施形態によれば、以下に示すような効果が得られる。
(1)海中を自律的に移動しながら海中の状態を計測することができるので、有人船が不要になり、また悪天候時にも計測が可能になる。
(2)従来のアルゴ計画等よりも高い空間分解能で広域を計測することができる。また、水深に応じて空間分解能を変えて計測することができる。これにより、海洋生態系の変化の実態解明により高い貢献を行うことができる。
(3)太陽光発電を考慮して浮上させることにより、センサ装置3の航続時間を延ばすことができる。
(4)衛星経由で大容量の観測データを送る場合には海面のセンサに大型のアンテナを搭載する必要があるが、本実施形態ではセルラーネットワークNW経由で観測データを送るのでその必要がない。
(5)複数のセンサ装置3から構成されるグループを、異なる水深の複数の層に配置することにより、立体的かつ多面的に海中の状態を計測することができる。
Furthermore, according to this embodiment, the following effects can be obtained.
(1) It can measure underwater conditions while moving autonomously underwater, eliminating the need for manned ships and enabling measurements to be made even in bad weather.
(2) It will be possible to measure a wide area with higher spatial resolution than previous projects such as Argo. In addition, it will be possible to change the spatial resolution depending on the water depth. This will make a significant contribution to elucidating the actual state of changes in marine ecosystems.
(3) By taking solar power generation into consideration when ascent, the flight time of the sensor device 3 can be extended.
(4) When sending large volumes of observation data via satellite, it is necessary to mount a large antenna on the sensor at the sea surface. However, in this embodiment, the observation data is sent via the cellular network NW, so this is not necessary.
(5) By arranging a group consisting of multiple sensor devices 3 in multiple layers at different water depths, it is possible to measure underwater conditions in a three-dimensional and multifaceted manner.

なお、これにより、例えば海洋監視サービスにおける総合的なサービス品質の向上を実現することができることから、国連が主導する持続可能な開発目標(SDGs)の目標13「気候変動とその影響に立ち向かうため、緊急対策を取る」に貢献することが可能となる。 Furthermore, this will enable us to improve the overall service quality of, for example, marine monitoring services, thereby contributing to Goal 13 of the United Nations' Sustainable Development Goals (SDGs), which is to "Take urgent action to combat climate change and its impacts."

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。 The above describes an embodiment of the present invention in detail with reference to the drawings, but the specific configuration is not limited to this embodiment and includes design modifications within the scope of the present invention.

例えば、運用者が遠隔でセンサ装置に指示を与えるようにしてもよい。海面センサ装置は、海中センサ装置の位置を示す位置情報を海中センサ装置から収集する。海面センサ装置は、自己の位置を示す位置情報と、海中センサ装置の位置を示す位置情報とを、無線回線により運用者の端末へ送信する。運用者は、海面センサ装置の位置情報と海中センサ装置の位置情報とに基づいて、海面センサ装置の位置と海中センサ装置の位置とを把握する。運用者は、端末を使用して、海面センサ装置の目標位置と、海中センサ装置の上位層との間の目標距離とを、無線回線により海面センサ装置へ送信する。海面センサ装置は、当該目標位置へ自律移動する。海面センサ装置は、当該目標距離を海中センサ装置へ通知する。海中センサ装置は、自己の上位層との間の距離を当該目標距離にするように自律移動する。これにより、運用者が意図した位置にセンサ装置を配置することができる。 For example, the operator may remotely give instructions to the sensor device. The sea level sensor device collects position information indicating the position of the submarine sensor device from the submarine sensor device. The sea level sensor device transmits position information indicating its own position and position information indicating the position of the submarine sensor device to the operator's terminal via a wireless line. The operator grasps the positions of the sea level sensor device and the submarine sensor device based on the position information of the sea level sensor device and the position information of the submarine sensor device. The operator uses the terminal to transmit the target position of the sea level sensor device and the target distance between the upper layer of the submarine sensor device to the sea level sensor device via a wireless line. The sea level sensor device autonomously moves to the target position. The sea level sensor device notifies the submarine sensor device of the target distance. The submarine sensor device autonomously moves so that the distance between itself and the upper layer becomes the target distance. This allows the sensor device to be placed at the position intended by the operator.

1…水中観測システム、3…センサ装置、5…データ収集装置、7…GPS衛星、10…制御部、11…センサ部、12…時計部、13…GPS部、14…水面通信部、15…水中通信部、16…電源部、17…太陽光発電部、18…推進部、BS…基地局、NW…セルラーネットワーク 1...underwater observation system, 3...sensor device, 5...data collection device, 7...GPS satellite, 10...control unit, 11...sensor unit, 12...clock unit, 13...GPS unit, 14...surface communication unit, 15...underwater communication unit, 16...power supply unit, 17...solar power generation unit, 18...propulsion unit, BS...base station, NW...cellular network

Claims (10)

水面及び水中を自律的に移動可能な複数のセンサ装置を備える水中観測システムであって、
前記センサ装置は、
制御部と、
特定の計測項目の計測を行うセンサ部と、
現在時刻を示す時刻情報を取得する時刻情報取得部と、
自己の現在位置を示す位置情報を取得する位置情報取得部と、
基地局との間で無線通信を行う水面通信部と、
水中に配置されたセンサ装置との間で通信を行う水中通信部と、を備え、
少なくとも3台の前記センサ装置が水面に配置され、
複数の前記センサ装置が水中に配置され、
水面に配置された前記センサ装置である水面センサ装置において、
前記制御部は、
自己のセンサ識別情報、前記時刻情報及び前記位置情報を含む水面配置情報を前記水中通信部により水中に配置されたセンサ装置へ送信し、
水中に配置されたセンサ装置から送信されたセンサ計測データを前記水中通信部により受信し、
前記水中通信部によって受信されたセンサ計測データを前記水面通信部により所定のデータ収集装置へ送信し、
水中に配置された前記センサ装置である水中センサ装置において、
前記制御部は、
少なくとも3台の前記水面センサ装置から送信された水面配置情報を前記水中通信部により受信し、
前記センサ部によって所定の計測タイミングで計測された所定の計測項目のセンサ計測データを前記水中通信部により前記水面センサ装置へ送信し、
前記位置情報取得部は、前記水中通信部による前記水面センサ装置との間の通信遅延時間に基づいた前記水面センサ装置との間の距離と、前記水中通信部によって受信された水面配置情報と、前記センサ部によって計測された水深とに基づいて自己の位置を算出し、
前記制御部は、前記位置情報取得部によって算出された自己の位置と前記水面センサ装置の位置とに基づいて、自己と当該水面センサ装置とが所定の位置関係になるように自己の移動を制御する、
水中観測システム。
An underwater observation system having a plurality of sensor devices capable of autonomously moving on and underwater,
The sensor device includes:
A control unit;
A sensor unit for measuring a specific measurement item;
a time information acquisition unit that acquires time information indicating a current time;
a location information acquisition unit that acquires location information indicating a current location of the device;
A surface communication unit that performs wireless communication with a base station;
an underwater communication unit that communicates with a sensor device disposed underwater;
At least three of the sensor devices are disposed on the water surface;
A plurality of the sensor devices are disposed underwater;
In the water surface sensor device, which is the sensor device disposed on the water surface,
The control unit is
transmitting water surface arrangement information including the sensor identification information, the time information, and the position information to a sensor device arranged underwater by the underwater communication unit;
receiving sensor measurement data transmitted from a sensor device disposed underwater by the underwater communication unit;
The sensor measurement data received by the underwater communication unit is transmitted to a predetermined data collection device by the surface communication unit.
In the underwater sensor device, which is the sensor device disposed underwater,
The control unit is
receiving water surface arrangement information transmitted from at least three of the water surface sensor devices by the underwater communication unit;
transmitting sensor measurement data of a predetermined measurement item measured by the sensor unit at a predetermined measurement timing to the water surface sensor device via the underwater communication unit;
the position information acquisition unit calculates its own position based on a distance to the water surface sensor device based on a communication delay time between the underwater communication unit and the water surface sensor device, water surface arrangement information received by the underwater communication unit, and a water depth measured by the sensor unit;
the control unit controls the movement of the control unit based on the position of the control unit calculated by the position information acquisition unit and the position of the water surface sensor device so that the control unit and the water surface sensor device have a predetermined positional relationship.
Underwater observation system.
所定の水深に配置された複数のセンサ装置から構成される第1グループ内のセンサ装置が通信不可になった場合に、前記第1グループに隣接する第2グループのセンサ装置が前記第2グループの位置から前記第1グループ側に移動し、当該移動に伴ってグループの再編成を行う
請求項1に記載の水中観測システム。
When a sensor device in a first group consisting of a plurality of sensor devices arranged at a predetermined water depth becomes unable to communicate, a sensor device in a second group adjacent to the first group moves from a position of the second group to the first group, and the groups are reorganized in accordance with the movement .
10. The underwater observation system of claim 1.
前記センサ装置は、太陽光発電を行う太陽光発電部をさらに備え、
水中センサ装置において、
前記制御部は、水中に配置されてから一定の時間が経過すると、水面に浮上させるように自己の移動を制御する、
請求項1又は2のいずれか1項に記載の水中観測システム。
The sensor device further includes a solar power generation unit that generates solar power,
In the underwater sensor device,
the control unit controls the movement of the robot so that the robot floats to the water surface after a certain time has elapsed since the robot was placed in water.
3. An underwater observation system according to claim 1 or 2.
所定の水深に配置された複数のセンサ装置から構成されるグループが水面に浮上するタイミングで、当該グループ以外の他のグループが当該グループの元の水深に移動する、
請求項3に記載の水中観測システム。
When a group consisting of a plurality of sensor devices arranged at a predetermined water depth rises to the water surface, other groups move to the original water depth of the group.
4. The underwater observation system of claim 3.
自律型水中ロボットをさらに設け、
前記自律型水中ロボットよりも浅い水深に、複数のセンサ装置から構成されるセンサ群を配置し、
前記センサ群は、前記自律型水中ロボットの移動に合わせて移動しながら水中の計測を行う、
請求項1から4のいずれか1項に記載の水中観測システム。
Further installing an autonomous underwater robot,
A sensor group consisting of a plurality of sensor devices is disposed at a water depth shallower than the autonomous underwater robot;
the sensor group performs underwater measurements while moving in accordance with the movement of the autonomous underwater robot;
An underwater observation system according to any one of claims 1 to 4.
水中センサ装置において、
前記制御部は、
水面センサ装置から受信した水面配置情報及び速度情報に基づいて水面センサ装置が移動する先の一定時間後の位置を推定し、
推定結果の水面センサ装置の一定時間後の位置に基づいて、自己の一定時間後の目標位置を算出し、
自己の速度に基づいて自己が移動する先の一定時間後の位置を推定し、
一定時間後の自己の位置が目標位置になるように、自己の移動方向および速度を調節する、
請求項1から5のいずれか1項に記載の水中観測システム。
In the underwater sensor device,
The control unit is
estimating a position of the water surface sensor device after a certain time based on the water surface arrangement information and the speed information received from the water surface sensor device;
Calculate a target position of the water surface sensor device after a certain time based on the estimated position of the water surface sensor device after a certain time;
Estimating a location of the vehicle after a certain time based on the vehicle's speed;
Adjusting the direction and speed of movement of the robot so that the robot's position after a certain time period becomes the target position;
An underwater observation system according to any one of claims 1 to 5.
所定の水深に配置された複数の水中センサ装置から構成されるグループのうち少なくとも1つの水中センサ装置は、水面センサ装置と電気ケーブルで接続され、当該水面センサ装置から給電を受ける、
請求項1から6のいずれか1項に記載の水中観測システム。
At least one of the groups of underwater sensor devices arranged at a predetermined water depth is connected to the water surface sensor device by an electric cable and receives power from the water surface sensor device.
An underwater observation system according to any one of claims 1 to 6.
所定の水深に配置された複数の水中センサ装置から構成されるグループが、異なる水深の複数の層にそれぞれ配置される、
請求項1から7のいずれか1項に記載の水中観測システム。
A group of underwater sensor devices arranged at a predetermined water depth is arranged in a plurality of layers at different water depths,
An underwater observation system according to any one of claims 1 to 7.
前記水面センサ装置は、前記水中センサ装置の位置を示す位置情報を前記水中センサ装置から収集し、
前記水面センサ装置は、自己の位置を示す位置情報と、前記水中センサ装置の位置を示す位置情報とを、前記水面通信部により運用者端末へ送信し、
前記水面センサ装置は、前記水面通信部により運用者端末から、水面センサ装置の目標位置と、水中センサ装置の上位層との間の目標距離とを受信し、
前記水面センサ装置は、前記目標位置へ自律移動し、
前記水面センサ装置は、前記目標距離を前記水中通信部により前記水中センサ装置へ通知し、
前記水中センサ装置は、自己の上位層との間の距離を前記目標距離にするように自律移動する、
請求項1から8のいずれか1項に記載の水中観測システム。
the water surface sensor device collects location information indicating a location of the underwater sensor device from the underwater sensor device;
the water surface sensor device transmits location information indicating its own location and location information indicating the location of the underwater sensor device to an operator terminal via the water surface communication unit;
the water surface sensor device receives a target position of the water surface sensor device and a target distance between the water surface sensor device and a higher layer of the underwater sensor device from the operator terminal via the water surface communication unit;
The water surface sensor device autonomously moves to the target position,
the water surface sensor device notifies the underwater sensor device of the target distance via the underwater communication unit;
The underwater sensor device autonomously moves so as to set the distance between itself and the upper layer to the target distance.
An underwater observation system according to any one of claims 1 to 8.
水面及び水中を自律的に移動可能な複数のセンサ装置を備える水中観測システムの水中観測方法であって、
前記センサ装置は、
制御部と、
特定の計測項目の計測を行うセンサ部と、
現在時刻を示す時刻情報を取得する時刻情報取得部と、
自己の現在位置を示す位置情報を取得する位置情報取得部と、
基地局との間で無線通信を行う水面通信部と、
水中に配置されたセンサ装置との間で通信を行う水中通信部と、を備え、
少なくとも3台の前記センサ装置が水面に配置され、
複数の前記センサ装置が水中に配置され、
水面に配置された前記センサ装置である水面センサ装置の前記制御部が、自己のセンサ識別情報、前記時刻情報及び前記位置情報を含む水面配置情報を前記水中通信部により水中に配置されたセンサ装置へ送信するステップと、
水中に配置された前記センサ装置である水中センサ装置の前記制御部が、少なくとも3台の前記水面センサ装置から送信された水面配置情報を前記水中通信部により受信するステップと、
前記水中センサ装置の前記位置情報取得部が、前記水中通信部による前記水面センサ装置との間の通信遅延時間に基づいた前記水面センサ装置との間の距離と、前記水中通信部によって受信された水面配置情報と、前記センサ部によって計測された水深とに基づいて自己の位置を算出するステップと、
前記水中センサ装置の前記制御部が、前記位置情報取得部によって算出された自己の位置と前記水面センサ装置の位置とに基づいて、自己と当該水面センサ装置とが所定の位置関係になるように自己の移動を制御するステップと、
前記水中センサ装置の前記制御部が、前記センサ部によって所定の計測タイミングで計測された所定の計測項目のセンサ計測データを前記水中通信部により前記水面センサ装置へ送信するステップと、
前記水面センサ装置の前記制御部が、前記水中センサ装置から送信されたセンサ計測データを前記水中通信部により受信するステップと、
前記水面センサ装置の前記制御部が、前記水中通信部によって受信されたセンサ計測データを前記水面通信部により所定のデータ収集装置へ送信するステップと、
を含む水中観測方法。
An underwater observation method for an underwater observation system having a plurality of sensor devices capable of autonomously moving on and underwater, comprising:
The sensor device includes:
A control unit;
A sensor unit for measuring a specific measurement item;
a time information acquisition unit that acquires time information indicating a current time;
a location information acquisition unit that acquires location information indicating a current location of the device;
A surface communication unit that performs wireless communication with a base station;
an underwater communication unit that communicates with a sensor device disposed underwater;
At least three of the sensor devices are disposed on the water surface;
A plurality of the sensor devices are disposed underwater;
a step in which the control unit of the water surface sensor device, which is the sensor device arranged on the water surface, transmits water surface arrangement information including its own sensor identification information, the time information, and the position information to a sensor device arranged underwater by the underwater communication unit;
a step in which the control unit of the underwater sensor device, which is the sensor device disposed underwater, receives water surface arrangement information transmitted from at least three of the water surface sensor devices via the underwater communication unit;
a step in which the position information acquisition unit of the underwater sensor device calculates its own position based on a distance to the water surface sensor device based on a communication delay time between the underwater communication unit and the water surface sensor device, water surface arrangement information received by the underwater communication unit, and a water depth measured by the sensor unit;
a step in which the control unit of the underwater sensor device controls its own movement based on its own position calculated by the position information acquisition unit and the position of the water surface sensor device so that the underwater sensor device and the water surface sensor device have a predetermined positional relationship;
a step in which the control unit of the underwater sensor device transmits sensor measurement data of a predetermined measurement item measured by the sensor unit at a predetermined measurement timing to the water surface sensor device via the underwater communication unit;
a step in which the control unit of the water surface sensor device receives sensor measurement data transmitted from the underwater sensor device via the underwater communication unit;
A step in which the control unit of the water surface sensor device transmits the sensor measurement data received by the underwater communication unit to a predetermined data collection device via the water surface communication unit;
An underwater observation method comprising:
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