JP2012159459A - 水中物体捜索計画立案支援方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】水中物体がとり得るあらゆる回避行動パターンを想定した上で、水中物体を効率良く捜索する捜索計画を立案すること。
【解決手段】本発明は、海洋内に潜在する水中物体を捜索する捜索計画の立案を支援する、水中物体捜索計画立案支援装置が行う水中物体捜索計画立案支援方法に適用される。本方法は、前記水中物体の複数の回避行動パターンと、前記複数の回避行動パターンの各々の発生確率と、を記憶部に設定する設定ステップと、捜索領域内に前記水中物体が一様に分布する状態を初期状態として、前記発生確率に応じた回避行動パターンに従って前記水中物体を回避行動させるシミュレーションを開始するシミュレーションステップと、シミュレーション後における前記捜索領域内の前記水中物体の存在分布を表示部に表示する表示ステップと、を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、海洋内に潜在する水中物体を捜索する捜索計画の立案を支援する技術に関する。

海洋内に潜在する水中物体を捜索するためのソーナーシステムが知られている。

ソーナーシステムの一例としては、水上艦や航空機等の捜索機が、海洋内に音波を放射し、水中物体からの反響音を受信することによって、水中物体を捜索するものがある（特許文献１参照。以下、第１のソーナーシステムと称す）。

また、ソーナーシステムの他の例としては、捜索機が、海洋内に音波を放射せず、水中物体が航走中に発生するエンジン音やスクリュー音を聞きながら、水中物体を捜索するものがある（以下、第２のソーナーシステムと称す）。

これまで、水中物体の捜索計画は、指揮官が訓練や戦術研究による経験やノウハウを頼りに立案してきた。

特開２００６−２８４２５７号公報

ところで、第１のソーナーシステムにおいては、水中物体は、捜索機が水中物体を捜索するために海洋内に音波を放射した時点で、何処から音波を放射しているか探知することができる。ここで、水中物体が捜索機を探知できる距離は、捜索機が水中物体を探知できる距離の２倍程度である。

また、第２のソーナーシステムにおいては、水中物体は、捜索機と比べて、船体が小さく、エンジン音やスクリュー音も小さいため、水中物体が捜索機を探知する方が、捜索機が水中物体を探知するよりも有利と考えられている。

このように、ソーナーシステムにおいては、水中物体は、捜索機が探知するよりも前に回避行動をとることができる。

水中物体の回避行動としては、反響音やエンジン音やスクリュー音が捜索機に届いて捜索機に探知されることを避けるために、これらの音が捜索機に届かないような安全な距離を捜索機との間に確保するという行動が考えられる。また、海洋内に放射された音波が表層部分を伝搬していく表層伝搬により捜索機に探知されることを避けるために、さらに深い水深まで潜行したり、捜索機が放射した音波が当たる面積を少なくして反響音を低く抑えるために針路を変更したりする等の行動も考えられる。

しかし、人間がこれらの回避行動を想定し、対抗手段を講じるには時間的な制約を受ける。このことから、指揮官は、水中物体の捜索計画を立案する際に、数パターン程度の回避行動しか考慮できなかった。

上述のように、指揮官は、水中物体の捜索計画を立案する際に、水中物体がとり得るあらゆる回避行動パターンを想定することができないため、水中物体を効率良く捜索する捜索計画を立案することができないという課題があった。

そこで、本発明の目的は、上述した課題を解決することができる水中物体捜索計画立案支援方法およびその装置を提供することにある。

本発明の水中物体捜索計画立案支援方法は、
海洋内に潜在する水中物体を捜索する捜索計画の立案を支援する水中物体捜索計画立案支援装置が行う水中物体捜索計画立案支援方法であって、
前記水中物体の複数の回避行動パターンと、前記複数の回避行動パターンの各々の発生確率と、を記憶部に設定する設定ステップと、
捜索領域内に前記水中物体が一様に分布する状態を初期状態として、前記発生確率に応じた回避行動パターンに従って前記水中物体を回避行動させるシミュレーションを開始するシミュレーションステップと、
シミュレーション後における前記捜索領域内の前記水中物体の存在分布を表示部に表示する表示ステップと、を有する。

本発明の水中物体捜索計画立案支援装置は、
海洋内に潜在する水中物体を捜索する捜索計画の立案を支援する水中物体捜索計画立案支援装置であって、
表示部と、
前記水中物体の複数の回避行動パターンと、前記複数の回避行動パターンの各々の発生確率と、が設定される記憶部と、
捜索領域内に前記水中物体が一様に分布する状態を初期状態として、前記発生確率に応じた回避行動パターンに従って前記水中物体を回避行動させるシミュレーションを開始し、シミュレーション後における前記捜索領域内の前記水中物体の存在分布を前記表示部に表示するシミュレーション部と、を有する。

本発明によれば、水中物体の複数の回避行動パターンと各々の発生確率とを予め設定しておき、捜索領域内に水中物体が一様に分布する状態を初期状態として、発生確率に応じた回避行動パターンに従って水中物体を回避行動させるシミュレーションを行う。

従って、捜索機が探知するよりも前に回避行動をとる水中物体を捜索する場合において、水中物体がとり得るあらゆる回避行動パターンを想定したシミュレーションを行うことができる。

また、シミュレーション後における水中物体の存在分布を表示するため、水中物体が回避行動をとることで、その存在分布に偏りが生じ、部分的に水中物体が集まる箇所や、水中物体が既に逃げて存在しない箇所を可視化することができる。

従って、指揮官は、水中物体の存在分布の偏りを直感的に把握することができ、水中物体の探知効率が良い、部分的に水中物体が集まる箇所を重点的に捜索し、逆に、水中物体の探知効率が悪い、水中物体が既に存在しない箇所を避けた捜索を行うといった視覚的な気付きを指揮官に与えることができる。

以上より、指揮官は、経験やノウハウに頼った捜索計画よりも、より効率的な捜索計画を立案することが可能になる。また、存在分布を視覚的に表示することで、直感的な認識が可能になるため捜索計画立案の意思決定に要する時間も短縮化することが可能になる。

本発明の第１および第２の実施形態の水中物体捜索計画立案支援装置の構成の一例を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態の水中物体捜索計画立案支援方法の流れの一例を説明するフローチャートである。 シミュレーション開始前のシミュレーション状況の一例を示す図である。 シミュレーション開始付近のシミュレーション状況の一例を示す図である。 シミュレーション中間付近のシミュレーション状況の一例を示す図である。 シミュレーション後の水中物体の存在分布の一例を示すコンター図である。 本発明の第２の実施形態の水中物体捜索計画立案支援方法の一例を説明する図である。

以下に、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。
（１）第１の実施形態
図１は、本実施形態の水中物体捜索計画立案支援装置の構成の一例を示すブロック図である。

図１に示すように、本実施形態の水中物体捜索計画立案支援装置は、オペレータによる操作が行われる入力部１０１と、水中物体の回避行動を模擬するシミュレーションを行う際の各種の設定が行われる記憶部１０２と、記憶部１０２に設定された設定内容に従って、上記シミュレーションを行うシミュレーション部１０３と、シミュレーション部１０３にて行われるシミュレーション状況を表示する表示部１０４と、本装置の全体制御を行う制御部１０５と、を有している。

以下に、本実施形態の水中物体捜索計画立案支援装置による水中物体捜索計画立案支援方法について、図２を参照して説明する。

図２は、本実施形態の水中物体捜索計画立案支援装置による水中物体捜索計画立案支援方法の流れの一例を説明するフローチャートである。

図２に示すように、まず、制御部１０５は、オペレータの操作に従い、水中物体の捜索作戦が展開される捜索期間および捜索領域を記憶部１０３に設定する（ステップＳ１）。

次に、制御部１０５は、オペレータの操作に従い、海洋環境情報として、風速、波高、海底質、周囲雑音等を記憶部１０３に設定する（ステップＳ２）。

次に、制御部１０５は、オペレータの操作に従い、水中物体の基本情報であるターゲットストレングス等を記憶部１０３に設定する。また、水中物体の通常行動・回避行動の行動定義を記憶部１０３に設定する（ステップＳ３）。

具体的には、水中物体の通常行動時の通常行動パターンとして、航走速力、存在深度を設定する。

また、水中物体が回避行動時にとり得る複数の回避行動パターンと、その回避行動パターンで回避行動をとる確率を表す発生確率と、を設定する。

例えば、水中物体の回避行動パターンおよびその発生確率として、以下のような設定をすることができる。

次に、制御部１０５は、オペレータの操作に従い、投入する捜索機を記憶部１０３に設定する。または、新たに追加する捜索機を記憶部１０３に設定する（ステップＳ４）。

このとき、オペレータは、投入または追加する捜索機（のソーナー）が水中物体を探知可能な距離を、ソーナー方程式を用いて予測し、探知領域として記憶部１０３に設定しておく。また、オペレータは、投入または追加する捜索機が海洋内に音波を放射することで、水中物体に何処から音波を放射しているか探知される距離も、ソーナー方程式を用いて予測し、水中物体に逆に捜索機が探知される被探知領域７として記憶部１０３に設定しておく。

次に、制御部１０５は、オペレータの操作に従い、投入する捜索機が移動する際の針路および速力を記憶部１０３に設定する（ステップＳ５）。

その後、シミュレーション部１０３は、記憶部１０３に設定された設定内容に従って、水中物体の回避行動を模擬するシミュレーションを開始する。具体的には、記憶部１０３に設定された針路および速力に従って捜索機を移動させると共に、記憶部１０３に設定された行動定義に従って水中物体を行動させる。また、表示部１０４は、シミュレーション状況を表示、その表示内容を時間ごとに逐次更新する（ステップＳ６）
ここで、シミュレーション状況の表示について、図３から図５を参照して説明する。図３から図５は、地図上のある海域を上から見た水平平面図である。

図３は、シミュレーション開始前のシミュレーション状況の一例を示す図である。

図３に示すように、シミュレーション開始前は、捜索領域１内に通常行動中の複数の水中物体２が一様に分布しているものとする。なお、水中物体２の通常行動時の行動内容はステップＳ３で設定された行動定義に従うものとする。

図４は、シミュレーション開始付近のシミュレーション状況の一例を示す図である。

図４に示すように、まず、シミュレーション部１０３は、ステップＳ４で設定された捜索機として水上艦３を配置し、ステップＳ５で設定された針路および速力に従って水上艦３を移動させる。この例では、水上艦３が航跡４のように移動したことを示している。

ここで、シミュレーション部１０３は、ステップＳ４で設定された水上艦３の探知領域５を表示する。このとき、通常行動している水中物体２が探知領域５内に入った場合、その水中物体２は発見済みの水中物体６のようにオペレータに分かるように表示し、既に発見した水中物体６として区分し、シミュレーション上から削除する。

また、シミュレーション部１０３は、ステップＳ４で設定された水上艦３の被探知領域７も表示する。このとき、通常行動している水中物体２が被探知領域７内に入った場合、その水中物体を、ステップＳ３で行動定義として設定された発生確率に応じた回避行動パターンに従って回避行動をさせる。この方法としては、例えば、複数の回避行動パターンの各々に対し、その発生確率に応じた数分の乱数を予め割り当てた上で、擬似的に乱数を発生させ、発生した乱数が割り当てられている回避行動パターンで回避行動をとらせるといった方法が考えられる。また、このとき、通常行動から回避行動に遷移した水中物体２は、回避行動中の水中物体８のようにオペレータに分かるように表示する。

図５は、シミュレーション中間付近のシミュレーション状況の一例を示す図である。

図５に示すように、ステップＳ３で設定された行動定義に従い水中物体が回避行動をとることにより、水中物体の存在分布に偏りが生じ、部分的に水中物体が集まる箇所や、水中物体が既に逃げて存在しない箇所ができるなど、存在分布に粗密が生じる。

最終的には、シミュレーション部１０３は、オペレータの視認性を向上させるために、シミュレーション後における操作領域１内の水中物体の存在分布をコンター図により濃淡表示する。このコンター図の一例を図６に示す。

上述したように本実施形態においては、水中物体の複数の回避行動パターンと各々の発生確率とを予め設定しておき、捜索領域内に水中物体が一様に分布する状態を初期状態として、発生確率に応じた回避行動パターンに従って水中物体を回避行動させるシミュレーションを行う。

従って、捜索機が探知するよりも前に回避行動をとる水中物体を捜索する場合において、水中物体がとり得るあらゆる回避行動パターンを想定したシミュレーションを行うことができる。

また、シミュレーション後における水中物体の存在分布を表示するため、水中物体が回避行動をとることで、その存在分布に偏りが生じ、部分的に水中物体が集まる箇所や、水中物体が既に逃げて存在しない箇所を可視化することができる。

従って、指揮官は、水中物体の存在分布の偏りを直感的に把握することができ、次にどの箇所を捜索した方が水中物体の捕捉効率が良いのか、また、水中物体を確実に捕捉するために、逃げ道を作らずバリアを張るよう捜索機を予め配備しておく等の視覚的な気付きを指揮官に与えることができる。

以上より、指揮官は、より効率的な捜索計画の立案を実現することが可能になると共に、意思決定に要する時間の短縮化を図ることが可能になる。
（２）第２の実施形態
図７は、本実施形態の水中物体捜索計画立案支援装置による水中物体捜索計画立案支援方法の一例を説明する図である。なお、本実施形態の水中物体捜索計画立案支援装置の構成自体は、第１の実施形態と同様である。

本実施形態においては、水上艦３により実際に水中物体が探知された場合、制御部１０５は、オペレータの操作に従い、実際に探知された水中物体の探知位置を記憶部１０３に設定しておく。

そして、図７に示すように、シミュレーション部１０３は、以降に行うシミュレーション中に、実際に探知された水中物体の探知位置を中心とした誤差円９内に、回避行動をとる水中物体８を複数配置する。

これにより、実際の探知後の水中物体の継続探知が確実に行われる捜索計画の立案を支援することもできる。

また、実際の探知後、その探知位置に水中物体の存在分布が集約されていた状態から、継続探知ができなかった時間経過後に、水中分布の存在分布がどの程度拡大するか可視化することができる。

１ 捜索領域
２ 通常行動中の水中物体
３ 水上艦
４ 航跡
５ 探知領域
６ 発見済みの水中物体
７ 被探知領域
８ 回避行動中の水中物体
９ 実際に探知された水中物体の探知位置を中心とした誤差円

Claims (8)

1. 海洋内に潜在する水中物体を捜索する捜索計画の立案を支援する水中物体捜索計画立案支援装置が行う水中物体捜索計画立案支援方法であって、
   前記水中物体の複数の回避行動パターンと、前記複数の回避行動パターンの各々の発生確率と、を記憶部に設定する設定ステップと、
   捜索領域内に前記水中物体が一様に分布する状態を初期状態として、前記発生確率に応じた回避行動パターンに従って前記水中物体を回避行動させるシミュレーションを開始するシミュレーションステップと、
   シミュレーション後における前記捜索領域内の前記水中物体の存在分布を表示部に表示する表示ステップと、を有する、水中物体捜索計画立案支援方法。
2. 前記設定ステップでは、
   前記水中物体の通常行動パターンと、前記水中物体を捜索する捜索機が前記捜索領域を移動する際の針路および速力と、前記捜索機が前記水中物体に逆に探知される被探知領域と、を前記記憶部にさらに設定し、
   前記シミュレーションステップでは、
   前記針路および速力に従って前記捜索機を前記捜索領域内を移動させ、通常行動パターンに従って通常行動していた前記水中物体が前記捜索機の前記被探知領域内に入った場合に、当該水中物体を回避行動させる、請求項１に記載の水中物体捜索計画立案支援方法。
3. 前記設定ステップでは、
   前記捜索機が水中物体を探知可能な探知領域を前記記憶部にさらに設定し、
   前記シミュレーションステップでは、
   前記捜索機の前記探知領域内に入った前記水中物体をシミュレーションから除外する、請求項２に記載の水中物体捜索計画立案支援方法。
4. 前記設定ステップでは、
   前記捜索機により実際に探知された前記水中物体の探知位置を前記記憶部にさらに設定し、
   前記シミュレーションステップでは、
   前記捜索機により実際に探知された前記水中物体の探知位置を中心とした誤差円内に、回避行動をとる水中物体を複数配置する、請求項２または３に記載の水中物体捜索計画立案支援方法。
5. 海洋内に潜在する水中物体を捜索する捜索計画の立案を支援する水中物体捜索計画立案支援装置であって、
   表示部と、
   前記水中物体の複数の回避行動パターンと、前記複数の回避行動パターンの各々の発生確率と、が設定される記憶部と、
   捜索領域内に前記水中物体が一様に分布する状態を初期状態として、前記発生確率に応じた回避行動パターンに従って前記水中物体を回避行動させるシミュレーションを開始し、シミュレーション後における前記捜索領域内の前記水中物体の存在分布を前記表示部に表示するシミュレーション部と、を有する水中物体捜索計画立案支援装置。
6. 前記記憶部は、
   前記水中物体の通常行動パターンと、前記水中物体を捜索する捜索機が前記捜索領域を移動する際の針路および速力と、前記捜索機が前記水中物体に逆に探知される被探知領域と、がさらに設定され、
   前記シミュレーション部は、
   前記針路および速力に従って前記捜索機を前記捜索領域内を移動させ、通常行動パターンに従って通常行動していた前記水中物体が前記捜索機の前記被探知領域内に入った場合に、当該水中物体を回避行動させる、請求項５に記載の水中物体捜索計画立案支援装置。
7. 前記記憶部は、
   前記捜索機が水中物体を探知可能な探知領域がさらに設定され、
   前記シミュレーション部は、
   前記捜索機の前記探知領域内に入った前記水中物体をシミュレーションから除外する、請求項６に記載の水中物体捜索計画立案支援装置。
8. 前記記憶部は、
   前記捜索機により実際に探知された前記水中物体の探知位置がさらに設定され、
   前記シミュレーション部は、
   前記捜索機により実際に探知された前記水中物体の探知位置を中心とした誤差円内に、回避行動をとる水中物体を複数配置する、請求項６または７に記載の水中物体捜索計画立案支援装置。

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