JP2009211570A - 船舶検知方法 - Google Patents

Abstract

【課題】船舶の航行を検出し、監視水域への不審船舶の侵入を簡単に安価に監視することが可能な船舶検知装置および方法を提供する。
【解決手段】監視水域に、加速度センサユニット１１と自己組織化ネットワークを構築する無線通信手段とそれらを駆動する自己完結電源を備えた複数の浮遊体（ブイ）を設置することにより、加速度センサユニット１１により感知された加速度の値が予め設定された、通常発生している値と異なり、船舶の航行に伴う造波の値の場合に、構築された無線通信ネットワークにより信号を送り船舶航行を通知する船舶検知の方法。
【選択図】図１

Description

本発明は船舶検知装置および方法に係り、特に監視水域における不審船の航行を監視、検知する船舶検知方法に関する技術である。

船舶においては、他船の監視に電波レーダやレーザーレーダー（特許文献１参照）が使われ、また、水中、水底などの障害物探知のため、ドップラーソナーなどが使われている。また、電波レーダは遠距離に有る物体や大型の物体は監視可能だが、小型物体や木製やプラスチックの船舶は認識できないため、赤外線カメラによる監視や双眼鏡などによる目視などが併用されて監視が行われている。
また従来の船舶通航監視システムとして、海底に設置した複数の音響磁気複合センサからなる音響磁気センサ群を備え、この音響磁気複合センサ群からの磁気信号と音響信号を同時に管理塔の信号処理装置に伝送し、磁気信号で船舶の通過を検知し、音響信号で船舶の種類を識別するようにした装置なども開示されている（特許文献２参照）。

特開２００２−１６２４６６号公報 特開２００７−２８６８８６号公報

しかしながら、従来の監視レーダーやレーザーレーダーは広域の監視が可能な反面、装置価格が非常に高額であり、安易には設置できない致命的欠点がある。また一方赤外線カメラによる監視も遠赤外では依然カメラやレンズ価格が高額となっている。近赤外カメラは価格は安価ではあるが、アクティブ光源が必要とされる。各種センサによる検知も設置方法や検知距離などにより、安易には設置できない。

この問題の解決策として、監視水域に加速度センサと無線通信部及び太陽光発電電源部からなるユニットを搭載した浮遊体（ブイ）を複数設置し、船舶の航行により発生する波を検知し、ユニット相互の通信接続ネットワークを利用することにより、船舶の存在を検知することを特徴とする船舶検知方法を採用することにより問題を解決する。

通常監視水域に常に存在する加速度と、船舶航行時に航行船舶の造波による加速度は大きく異なるため識別は容易であり、またＢｌｕｅｔｏｏｔｈやＺｉｇＢｅｅなど通信ネットワーク網を使用することにより、安価に監視水域の監視網を構築することが可能となる。

また加速度センサや無線通信部の電源は太陽光発電と蓄電池の組み合わせで十分補えるため長期間の稼働が可能であり、実際ではこのユニットブイを３００メートル間隔に設置すれば良く、長距離伝送も可能である。

監視水域に不審船舶が航行した場合は、加速度センサユニットブイが不審船の造波と共
に移動して検知するので、確実に不審船を検知することができる。また加速度センサユニットブイは、監視水域に３００メール間隔で複数設けられるので、広範囲にわたって検知を行うことができる。そして加速度センサユニットは、それ自身が小型であるために長距離通信を行うことはできないが、隣接する加速度センサユニットと相互に通信で接続してネットワークを構築するので、他の加速度センサユニットを介して信号を出力することができる。またネットワークには、中継手段が接続されているので、加速度センサユニットから出力される信号の長距離伝送ができる。

以下に、本発明に係る船舶検知装置および方法の最良の実施形態について説明する。図１は船舶検知装置の概略説明図である。また図２は加速度センサユニットのブロック図である。船舶検知装置１０は、不審船舶航行を監視する加速度センサユニット１１、加速度センサユニット１１の加速度検知信号を中継する手段１４、および当該中継手段１４を介して加速度検知信号を入力し不審船舶航行を知らせる監視施設１６を備えている。

加速度センサユニット１１は、監視水域の不審船舶航行時に造波する波により生じる加速度を検知する加速度検知センサ１２、加速度検知センサ１２で計測した加速度データを送信する無線通信部１８、中央演算処理部（ＣＰＵ）２０、および加速度検知センサ１２や無線通信部１８に電力を供給する電源２２を備えている。なお図２では、電源２２と、加速度検知センサ１２やＣＰＵ２０、無線通信部１８との接続を省略して記載している。この電源２２は、一次電池、二次電池、コンデンサ、燃料電池、太陽電池、マイクロ波電力を受電して電力を得るマイクロ波受電装置、またはゼーベック効果を生じる半導体素子からなりこの半導体素子に温度差が生じると電力を生じる熱電発電器等によって構成され、それ自体が外部から有線で電力供給を受けることのない電力供給源である。

前記ＣＰＵ２０は、加速度検知センサ１２が検知した信号レベルの閾値が予め記憶されている。そして加速度検知センサ１２が検知した加速度の信号レベルと前記閾値とを比較し、検知した加速度の信号レベルが閾値以上であれば、無線通信部１８に信号を出力するものである。またＣＰＵ２０には、加速度センサユニット１１の通常モードと省電力モードを制御する手段が設けられている。

そして加速度検知センサ１２には無線通信部１８が接続され、この無線通信部１８はアンテナ２４に接続されている。この無線通信部１８には、ＢｌｕｅｔｏｏｔｈやＺｉｇＢｅｅなどの技術が用いられている。次に、ＢｌｕｅｔｏｏｔｈやＺｉｇＢｅｅなどを用いた無線通信について説明する。図３はＢｌｕｅｔｏｏｔｈやＺｉｇＢｅｅなどを用いた無線通信の説明図である。ＢｌｕｅｔｏｏｔｈやＺｉｇＢｅｅなどを用いた無線通信は、通信を制御する役割を担うチップ（マスタ）２６と、制御されるチップ（スレーブ）２８の間で通信が行われるが、無線通信部１８に組み込んだソフトウェアによって、または外部からの指令によってマスタ２６とスレーブ２８を切り換えることができる。したがって互いの通信距離内にある複数の加速度センサユニット１１を数珠繋ぎに無線で接続して、通信距離を実効的に伸ばすことが可能となる。すなわち加速度センサユニット１１から出力された加速度検知信号は、他の加速度センサユニット１１を介して伝送される。なお加速度センサユニット１１の通信可能な距離は概ね数１０ｍから数１００ｍ程度である。

また加速度センサユニット１１には、無線通信が可能な近隣の加速度センサユニット１１を自ら探し出し、自律的に無線通信ネットワークを構築するソフトウェアが組み込まれている。このため加速度センサユニット１１を船舶監視水域に設置する作業員は、各加速度センサユニット１１間の通信距離にさえ留意していれば実際に各加速度センサユニット１１がどのようなネットワークを構成するか考える必要がないため、ネットワーク構築の専門家でなくてもネットワークを容易に構築することが可能となる。

さらに無線通信ネットワークを構築した後、ネットワークを構成する幾つかの加速度センサユニット１１が故障するなどして当初構築したデータ転送経路が寸断されたとしても、通信可能距離内に存在する他の加速度センサユニット１１を経由して新たなネットワークを直ちに構築することが可能となる。

図４は無線通信ネットワークの構築例の説明図である。ネットワークの接続点はノードと説明されるので、無線センサユニットをノードと表示する。前提として、各ノードは、ノード識別のためのノード・アドレス（無線センサユニット固有もの）とともに、無線ネットワーク（ＮＷ）構築がなされたときに必要なネットワーク・アドレス（ＮＷＡＤ）を設定しておく。ノード群の中に、外部ネットワークとの接続ノード（ＰＡＳ）を導入するとともに、ここにＮＷコンフィグレーション・マネージメント機能（ＮＷＣＭＳ）をもたせる。各ノードには、サービス機能（サービス・クラスという）を設定する。また各ノードにはノード検索パケットを送受信するプログラムを格納しておく。

このような前提のもと、ネットワークの形成の手段は次のように行われる。外部ネットワークとの接続機能を有するノードであるＰＡＳに対し、他のネットワークもしくはノード自身の機能により探索命令が入り、ＰＡＳはまず周辺のノード検索を行う。この問い合わせを受信できる近隣のノードＡ，Ｂは探索パケットに対してデバイス固有のノード・アドレスを通知するパケットを返す。次いで、ＰＡＳはノードＡ，Ｂに対してサービス・クラスを問い合わせ、ノードＡ，Ｂは問い合わせパケットに対してサービス・クラスを返す。そしてノードＰＡＳのネットワーク・コンフィグレーション・マネージメント機能（ＮＷＣＭＳ）は、ノードＰＡＳからノードＡ，Ｂに接続し、同時にＮＷＣＭＳはノードＡ，Ｂにネットワーク・アドレス（ＮＷＡＤ）を与える。こうしてノードＰＡＳ、ノードＡ，Ｂの第一のスコープが出来上がる。

ここでスコープとは、次のようなものと定義する。このネットワークをコンピュータと考えると、システムの部分と全体という構成を考えないと、全体のシステム記述が膨大で、その動作検証も容易ではない。その部分はプログラム的にはモジュールであるが、この空間的広がりを持つネットワークでは、空間的に一つの単位として扱ったほうがいい領域なのでスコープと表現する。一つのスコープはプログラマブル・コントローラに近い動きをすると考えてよい。スコープをつないで全体のシステムが構成される。このネットワークは外部ネットワークとの接続を前提としているので、処理体系の大きさはここで表現されている範囲には限定されない。

次に、ノードＰＡＳのＮＷＣＭＳはノードＡ，Ｂにデバイス探索を命じる。この命令にしたがって、ノードＡ，Ｂはそれぞれ探索パケットを送信する。近隣にあって無線受信可能なノードＣ，Ｄ，Ｅ，Ｆは探索パケットに対してデバイス固有のノード・アドレスをＡに通知するパケットを返す。同様にノードＤは探索パケットに対してデバイス固有のノード・アドレスをノードＢに通知するパケットを返す。そしてノードＡはノードＣ，Ｄ，Ｅ，Ｆに対し、またノードＢはノードＤに対してサービス・クラスを問い合わせる。これに対して、ノードＣ，Ｄ，Ｅ，Ｆは問い合わせパケットに対して、ノードＡにサービス・クラスを返し、ノードＤは探索パケットに対して、ノードＢにサービス・クラスを返すのである。ノードＡ，ＢはノードＰＡＳに対してそれぞれノード（Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ）、ノード（Ｄ）の存在、サービス・クラスを通知する。

ノードＰＡＳのＮＷＣＭＳはノードＡに、それぞれノードＣ，Ｅ，Ｆと接続し、それぞれにネットワーク・アドレス（ＮＷＡＤ）を付与するよう通知し、また、ノードＢにノードＤと接続し、ネットワーク・アドレス（ＮＷＡＤ）を付与するよう通知する。

次に、ノードＰＡＳのＮＷＣＭＳは、ノードＣ，Ｅ，Ｆ，Ｄに周辺のノードの探索を命じる。ノードＣ，Ｆ，Ｄは周辺のノードを発見できなかったが、ノードＥはＧというノードを発見した場合、ノードＣ，Ｆ，Ｄはノードが存在しないことをノードＰＡＳのＮＷＣＭＳに通知する。一方、ノードＥはノードＧのサービス・クラスを問いかけ、そのサービス・クラスを取得する。ノードＥはノードＧの存在とそのノード・アドレス、サービス・クラスをノードＰＡＳに通知する。

このような操作でノードＣ，Ｄ，Ｆの次ノード（ネクスト・ノード）は存在しないことが分かった。そこでネットワークの通路は、
経路１：ＰＡＳ−Ｂ−Ｄ
経路２：ＰＡＳ−Ａ−Ｃ
経路３：ＰＡＳ−Ａ−Ｆ
経路４：ＰＡＳ−Ａ−Ｅ
これが第２スコープの構成ということになる。

ノードＡを経由するネットワークがまだ拡張される可能性があるので、ノードＰＡＳのＮＷＣＭＳはノードＧにデバイスを探索する命令を出力する。これを受けて、ノードＧは探索パケットを送信する。これを受信可能なノードＨ，Ｉ，Ｊは探索パケットに対してデバイス固有のノード・アドレスをノードＧに通知するパケットを返す。そしてノードＧはノードＨ，Ｉ，Ｊに対してサービス・クラスを問い合わせ、ノードＨ，Ｉ，Ｊは問い合わせパケットに対して、ノードＧにサービス・クラスを返すとともに、ノードＧはノードＨ，Ｉ，Ｊの存在、サービス・クラスをノードＰＡＳに通知する。ノードＰＡＳのＮＷＣＭＳは、ノードＧを介してノードＨ，Ｉ，Ｊへそれぞれネットワーク・アドレスを通知する。次に、ノードＰＡＳのＮＷＣＭＳはノードＨ，Ｉ，Ｊに対してノードの探索を命じる。

このように本実施形態では、起点となるノード（ＰＡＳ）から通信可能なノードを探し、起点ノードに格納したプログラムにより、通信できたノードへネットワーク・アドレスと同時に各ノードが発揮できる機能（サービス・クラス）が起点ノードのプログラムに返される。探索されたノードへは更に次のノードを探索する命令が発せられ、これを次々繰り返していくことにより、探索できない最終ノードを得て、ネットワークが完成するのである。

なおノードＰＡＳのＮＷＣＭＳは一定時刻、一定時間間隔やイベントに際し、このネットワークが維持されているかどうかを、自己判断する。例えば、ノードＰＡＳからそれぞれのノードに問い合わせをし、その応答の時間、ホップ数などから判断する。そして必要があると判断するときは、最初からの操作を再度行い、構成をリフレッシュするようにすればよい。

このような加速度検知センサ１２は、マイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）で構成されているので極めて小型化されており、また無線通信部１８も数チップで実現可能である。さらに電源２２についてはボタン電池を使用することで加速度センサユニット１１全体の小型化を実現できる。

次に、船舶検知装置１０の作用について説明する。まず複数の加速度センサユニット１１が監視水域に設けられる。このとき隣り合う加速度センサユニット１１の間隔は、加速度センサユニット１１の通信可能距離の範囲内となっている。そして加速度センサユニット１１は、監視水域に設置されると、自律的に隣接する加速度センサユニット１１と通信により接続して、複数の加速度センサユニット１１による自己組織化ネットワークを直ちに形成する。

また加速度センサユニット１１の動作モードは、加速度検知センサ１２を動作させる通常モードと、外部からの起動信号を受信する最低限の回路しか動作しない省電力モードとを備えている。電源２２が非発電素子、特にボタン電池のような小型電池の場合、通常モードでは数ヶ月の動作時間しかないが、省電力モードでは数年程度の動作時間も可能である。これら動作モードを組み合わせることで、船舶検知装置１０全体の動作時間を数年単位にすることも可能である。

そして監視水域に複数配置した加速度センサユニット１１のうち、ごく少数（例えば、加速度センサユニット１１全体の５％）を通常モードで動作させ、残りのセンサは省電力モードで動作させる。このとき通常モードで動作する加速度センサユニット１１の電池容量を常に自身で監視しておき、電池容量が少なくなったときに、最も近くにある省電力モードの加速度センサユニット１１を起動させる信号を発信し、自身はセンサとしての動作を停止する。こうして通常モードで起動している加速度センサユニット１１の数を常に一定に保つことで、船舶検知装置１０全体として年単位の動作期間を実現している。またＢｌｕｅｔｏｏｔｈやＺｉｇＢｅｅなどの技術を用いて構築される自己組織化ネットワークによって、船舶検知装置１０内の数個の加速度センサユニット１１が動作停止した場合でも船舶検知装置１０全体のネットワークを再構築でき、ネットワーク全体の通信機能を維持できる。さらに監視水域に加速度センサユニット１１を設けて自己組織化ネットワークを構築した後に新たな加速度センサユニット１１を監視水域に設けても、船舶検知装置１０全体のネットワークを再構築できる。

このような自己組織化ネットワークを構築した船舶検知装置１０において、通常モードで動作している加速度センサユニット１１内の加速度検知センサ１２が前記閾値以上の加速度を検知した場合、加速度センサユニット１１は船舶が航行したと判断して直ちに全ての加速度センサユニット１１を通常モードで動作する信号を発信し、全ての加速度センサユニット１１による観測を行う。そして前記設定値以上の加速度センサユニット１１が前記閾値以上の加速度を検知した場合、中継手段１４は不審船舶が侵入したと判断して監視施設１６へ船舶侵入警報を出力する。それ以外の場合は、通常の監視状態に戻る。

監視施設１６は、前記船舶侵入警報を入力して監視水域における不審船舶侵入を出力することにより、施設に待機している監視員等は不審船舶侵入を知ることになる。

このような船舶検知装置１０は、加速度センサユニット１１を監視水域に設置して船舶の航行を検知をするので、従来技術におけるレーダーやカメラ等を監視水域に設けて不審船舶を検知する場合に比べて安価に検知を行うことができる。

また加速度センサユニット１１間の通信にＢｌｕｅｔｏｏｔｈやＺｉｇＢｅｅなどを用いているので、加速度センサユニット１１は自己組織化ネットワークを構築することができる。そして自己組織化ネットワークに組み込まれるように中継手段１４を配置しているので、中継手段１４と全加速度センサユニット１１との通信接続をすることができ、この中継手段１４を介して加速度センサユニット１１の加速度検知信号を監視施設１６に出力することができる。さらに加速度センサユニット１１は、隣接する加速度センサユニット１１間の距離をＢｌｕｅｔｏｏｔｈやＺｉｇＢｅｅなどの通信可能距離内に保つように配置されれば、監視水域の面積が広くても船舶を検知することができ、船舶検知装置１０を形成することができる。

またＢｌｕｅｔｏｏｔｈやＺｉｇＢｅｅなどの省電力モードを利用し、通常は全加速度センサユニット１１のうち一部しか動作しないモードにすることで、加速度センサユニット１１の電源２２を電池等の非発電素子としても、船舶検知装置１０全体として数年単位の寿命を得ることができる。
なお上述した実施形態では、崩落を検知するセンサとして加速度検知センサ１２を用いた形態で説明したが、振動センサ等の他のセンサを用いることもできる。

船舶検知装置の概略説明図である。 加速度センサユニットのブロック図である。 無線通信の説明図である。 無線通信ネットワークの構築例の説明図である。

符号の説明

１０………船舶検知装置、１１………加速度センサユニット、１２………加速度検知センサ、１４………中継手段、１６………監視施設、１８………無線通信部、２０………中央演算処理部、２２………電源。

Claims (1)

1. 監視水域に加速度センサと無線通信部及び太陽光発電電源部からなるユニットを搭載した浮遊体（ブイ）を複数設置し、船舶の航行により発生する波を検知し、ユニット相互の通信接続ネットワークを利用することにより、船舶の存在を検知することを特徴とする船舶検知方法。

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