JP2016095259A - プランクトン測定システムおよびプランクトン測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】測定対象水域において汎用的なプランクトン測定が行なえる測定システム・方法を提供する。【解決手段】水域移動体１１０に搭載されるプランクトン測定システム１０であって、採水箇所の深度を調整可能な採水機構１１０と、測定場所と測定深度とが定められた測定スケジュール１３６にしたがって、水域移動体１１０の測定対象水域の移動を制御する移動制御部１３２と、測定対象水域の測定場所の測定深度において採水を行なう採水制御部１３４と、採水されたサンプル水を撮像する撮像機構と、サンプル水の撮像画像から、プランクトンの種類毎の個数を計測する測定制御部１３３とを備える。【選択図】図２

Description

本発明は、測定対象水域において汎用的なプランクトン測定が行なえるシステムおよび方法に関する。

特許文献１には、ダム湖、湖沼等の水域におけるアオコの発生を事前に検知するために、アオコを構成するミクロキスティス属やアナベナ属の藍藻類を測定して数量を予測する藍藻数量予測システムが開示されている。

図７は、特許文献１に記載された藍藻数量予測システムを示す説明図である。藍藻数量予測システムは、蛍光光度計４０３、水温計４０２、データ処理装置４２０を含んでおり、蛍光光度計４０３、水温計４０２が艤装された自律航行船４００が測定対象水域５００を自律航行する。

自律航行船４００には、船外の水が自由に出入りする生簀室が備えられており、蛍光光度計４０３のセンサ部位および蛍光光度計４０３の励起光発光部位と蛍光受光部は生簀室に配置されている。蛍光光度計４０３と蛍光光度計４０３の測定値は、無線通信等によりデータ処理装置４２０に転送される。

藍藻数量予測システムでは、蛍光光度計４０３を用いて、藍藻類に特有の色素であるフィコビリン色素に由来する蛍光強度を測定することにより、藍藻類を定量している。

登録実用新案第３１５５７４８号公報

従来の藍藻数量予測システムは、蛍光光度計４０３でフィコビリン色素に由来する蛍光強度を測定するという間接測定を行なっているため、測定対象が藍藻類に特化しており、多種多様なプランクトンの汎用的な測定にそのまま適用することはできない。

また、自律航行船４００が備える生簀内の水を観測対象としているため、水域の表層面の測定に留まっており、深度を任意に変化させるプランクトンの汎用的な測定を行なうことは想定されていない。プランクトンは、深度により分布状況が異なることが多いため、任意の深度での測定は重要である。

そこで、本発明は、測定対象水域において汎用的なプランクトン測定が行なえるようにすることを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の第１の態様であるプランクトン測定システムは、水域移動体に搭載されるプランクトン測定システムであって、採水箇所の深度を調整可能な採水機構と、測定場所と測定深度とが定められた測定スケジュールにしたがって、前記水域移動体の測定対象水域の移動を制御する移動制御部と、前記測定対象水域の前記測定場所の前記測定深度において採水を行なう採水制御部と、採水されたサンプル水を撮像する撮像機構と、前記サンプル水の撮像画像から、プランクトンの種類毎の個数を計測する測定制御部と、を備えたことを特徴とする。
ここで、前記測定制御部は、計測されたプランクトンの種類毎の個数を、測定場所と測定深度とに対応付けて測定結果情報として記録することができる。
このとき、前記測定結果情報を外部に送信する通信部をさらに備えてもよい。
また、前記測定制御部は、種類別のプランクトンのパターン画像を参照し、パターン認識処理により、プランクトンの種類毎の個数を計測することができる。
上記課題を解決するため、本発明の第２の態様であるプランクトン測定方法は、採水箇所の深度を調整可能な採水機構と、撮像機構とを搭載した水域移動体を用いたプランクトン測定方法であって、測定場所と測定深度とが定められた測定スケジュールにしたがって、測定対象水域を移動するステップと、前記測定対象水域の前記測定場所の前記測定深度において採水を行なうステップと、採水されたサンプル水を撮像するステップと、前記サンプル水の撮像画像から、プランクトンの種類毎の個数を計測する測定ステップと、を有することを特徴とする。

本発明によれば、測定対象水域において汎用的なプランクトン測定が行なえるようになる。

本実施形態に係るプランクトン測定システムを説明する図である。 プランクトン測定システムの詳細な構成を模式的に説明する図である。 、画像ライブラリに登録された各種プランクトンのパターン画像の例である。 プランクトン測定システムのプランクトン測定動作について説明するフローチャートである。 撮像画像とパターン画像とのマッチング処理を説明する図である。 測定記録ファイルを説明する図である。 特許文献１に記載された藍藻数量予測システムを示す説明図である。

本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係るプランクトン測定システム１０を説明する図である。本図に示すようにプランクトン測定システム１０は、測定対象の水域３００を移動する水域移動体１００に搭載され、巻き取り式ホース１１１とポンプ１１２を含む採水機構１１０と、プランクトン測定部１２０と制御部１３０とを備えて構成される。なお、本実施形態において、プランクトンの測定は、プランクトンの種類毎の個数を計測することを意味する。

プランクトン測定システム１０は、陸上等に設置された制御端末２００と無線通信を行なう。この際に基地局等を中継して通信を行なうようにしてもよい。制御端末２００は、パーソナルコンピュータ、スマートフォン、タブレット型コンピュータ等を用いることができる。

水域移動体１００は、プランクトン測定システム１０の制御により、水域３００内のあらかじめ定められた航路３１０を移動する。航路３１０には複数の測定ポイントが定められており、各測定ポイントには１または複数の測定深度が定められている。

水域移動体１００は、一般には、水表面を無人航行する自律航行船とすることができるが、有人航行であってもよい。また、水中を移動する潜水艇であってもよいし、水域上を飛行する航空機等であってもよい。以降では、自律航行船である場合を例に説明する。

図２は、プランクトン測定システム１０の詳細な構成を模式的に説明する図である。上述のように、プランクトン測定システム１０は、採水機構１１０と、プランクトン測定部１２０と制御部１３０とを備えている。

採水機構１１０は、巻き取り式ホース１１１の取水口を水中に沈下させ、ポンプ１１２で吸い上げることで、水域３００内の水をサンプル水として採取する。この際に、巻き取り式ホース１１１の巻き取り状態を調整することで、任意の深度の水を採取することができる。巻き取り式ホース１１１の取水口には、目的とする深度の水が採取できるように、弛み防止の重り等を付することが望ましい。巻き取り式ホース１１１に代えて、伸縮式のパイプ等を用いてもよい。

本図に示すように、プランクトン測定部１２０は、フィルタ１２１、流量調節機構１２２、フローセル機構１２３、光源１２４、光源側光学系１２５、撮像側光学系１２６、カメラ１２７を備えている。

フィルタ１２１は、ポンプ１１２により吸い上げられたサンプル水を濾過して、プランクトンよりも大きな異物を取り除く。フィルタ１２１は、例えば、プランクトンは透過し、より大きな異物は透過できないサイズのメッシュ構造とすることができる。

流量調節機構１２２は、バッファ的な役割を担っており、後段のフローセル機構１２３に流入するサンプル水の量を調整する。ポンプ１１２の動作によりサンプル水の流量を調整できる場合は、流量調節機構１２２を省いてもよい。

フローセル機構１２３は、ガラス等の透明な板を２枚平行に配置して観察面とし、観察面の間に枠型の壁を形成した形状とすることができる。壁は透明であっても不透明であってもよい。両観察面の間でプランクトン同士が重ならないように、透明板の間隔を拡げすぎないようにすることが好ましい。

フローセル機構１２３の側面には流量調節機構１２２からサンプル水が流入する流入口と、測定を終えたサンプル水を排出する流出口とが形成されている。フローセル機構１２３内のサンプル水は、測定時に一時的に貯蔵してもよいし、連続的に流れていてもよい。

光源１２４は、白熱電球、ＬＥＤ、ＬＤ等を用いることができ、フローセル機構１２３の一方の観察面に照射する光を発し、サンプル水に含まれるプランクトンを明るく観察できるようにする。光源１２４とフローセル機構１２３との間には、適切な明るさと範囲で光が照射されるように、光源側光学系１２５が配置されている。

カメラ１２７は、一方の観察面からフローセル機構１２３内のサンプル水を撮像する。プランクトンは微細であるため、拡大画像を得るための撮像側光学系１２６が配置されている。本図の例では、光源１２４と反対側にカメラ１２７を配置しているが、光源１２４とカメラ１２７とを同じ側に配置してもよい。

制御部１３０は、通信部１３１、移動制御部１３２、測定制御部１３３、採水制御部１３４、記憶部１３５を備えている。記憶部１３５は、測定スケジュール１３６、画像ライブラリ１３７、測定記録ファイル１３８を格納する記憶領域である。

通信部１３１は、制御端末２００と無線通信を行なう。移動制御部１３２は、測定スケジュール１３６にしたがって、水域移動体１００の移動を制御する。測定ポイントの精度を高めるために、移動制御部１３２は、ＧＰＳ機能を備えていることが望ましい。ただし、水域移動体１００にＧＰＳ機能を備えさせ、水域移動体１００から位置情報を取得するようにしてもよい。

測定制御部１３３は、光源１２４のオンオフ、カメラ１２７の撮像タイミングや露光時間等を制御して、フローセル機構１２３内のサンプル水の撮像を行なう。さらに、カメラ１２７が撮像した画像に基づいて、プランクトンの測定を行なう。すなわち、プランクトンの種類毎の個数を計測する。

プランクトンの測定の際には、記憶部１３５の画像ライブラリ１３７に登録された各種プランクトンのパターン画像を参照する。図３は、画像ライブラリ１３７に登録された各種プランクトンのパターン画像の例である。パターン画像はあらかじめ準備しておくようにする。測定制御部１３３は、プランクトンの測定結果を、記憶部１３５の測定記録ファイル１３８に記録する。

図２の説明に戻って、採水制御部１３４は、測定スケジュール１３６にしたがって巻き取り式ホース１１１の巻き取り状態を調整し、ポンプ１１２を制御してプランクトンの測定に用いるサンプル水の採水を行なう。

測定スケジュール１３６は、測定開始時間や測定航路、測定ポイント等を定めたデータである。各測定ポイントには、測定深度も定められている。同一の測定ポイントについて複数の測定深度を定めてもよい。測定スケジュール１３６は、所定のフォーマットで記述され、ユーザが任意に定めることができる。また、所定間隔や定時等で定期的に測定を行なうことを規定してもよい。

次に、本実施形態のプランクトン測定システム１０のプランクトン測定動作について図４のフローチャートを参照して説明する。

まず、測定の実行に先立ち、ユーザが測定スケジュールを設定する（Ｓ１０１）。測定スケジュールは、制御端末２００を操作して設定することができる。測定スケジュールの設定では、測定開始時間や測定航路、測定ポイント、測定深度等を設定し、記憶部１３５に測定スケジュール１３６として記録する。

測定スケジュール１３６で定められた測定開始タイミングになると（Ｓ１０２：Ｙｅｓ）、移動制御部１３２が、水域移動体１００を制御して、測定スケジュール１３６で定められた測定航路を航行する（Ｓ１０３）。なお、測定開始の指示を制御端末２００から送って、測定を開始するようにしてもよい。

測定スケジュール１３６で定められた測定ポイントに達すると（Ｓ１０４：Ｙｅｓ）、採水制御部１３４が、測定スケジュール１３６で定められた測定深度で採水できるように巻き取り式ホース１１１の巻き取り状態を調整し（Ｓ１０５）、採水を行なう（Ｓ１０６）。採水する量は、フローセル機構１２３がその深度でのサンプル水で確実に満たされるようにマージンをもって行なうようにする。

採水によりフローセル機構１２３がサンプル水で満たされると、測定制御部１３３が、カメラ１２７を制御して、フローセル機構１２３内のサンプル水の撮影を行なう（Ｓ１０７）。そして、測定制御部１３３が、撮像画像に基づいてプランクトンの測定を行なう（Ｓ１０８）。

プランクトンの測定では、従来から多数提案されている画像処理技術を用いて、プランクトンの種類の判定と種別毎の個数のカウントを行なうようにする。例えば、図５に示すように、撮像画像１５０からプランクトンや異物等の物体が写っている領域を抽出し、抽出された領域と、画像ライブラリ１３７に登録されたプランクトンのパターン画像とマッチング処理を行なうことにより、プランクトンの種類の判定と、個数のカウントを行なうことができる。もちろん、その他の手法を用いてプランクトンの種類毎の個数を計測してもよい。

本実施形態のプランクトン測定システム１０では、フローセル機構１２３の撮影範囲内の容量を単位として、プランクトンの種類毎の個数を計測できるため、プランクトンの定量的な測定が可能となる。なお、同一の採水箇所について複数回のサンプル水の取得と撮影を行ない、複数枚の画像を用いてプランクトンの測定を行なってもよい。

図４の説明に戻って、プランクトンの測定を終えると、測定結果を記憶部１３５の測定記録ファイル１３８に記録する（Ｓ１０９）。測定記録ファイル１３８は、例えば、図６に示すように、測定日付、測定時刻、場所、深度毎に、計測されたプランクトンの種類毎の数を記録したフォーマットとすることができる。さらに、測定時に撮影された画像を対応付けて記録するようにしてもよい。測定記録ファイル１３８は、随時制御端末２００に送信することができる。

測定スケジュール１３６で定められた航行が終了していない場合（Ｓ１１０：Ｎｏ）には、次の測定ポイントまで航行を行ない（Ｓ１０３）、測定処理を繰り返す。測定スケジュール１３６で定められた航行が終了した場合（Ｓ１１０：Ｙｅｓ）には、測定スケジュール１３６で定められた次の測定開始タイミングを待つ（Ｓ１０２）。次の測定開始タイミングが定められていない場合には、本フローチャートの動作を終了してもよい。

なお、測定制御部１３３は、プランクトンの種類別に個数の閾値を定めておき、測定されたプランクトンの個数が閾値を超えている場合には、制御端末２００にアラームを送信したり、測定記録ファイル１３８の該当データにフラグ情報を付すようにしてもよい。

以上説明したように、本実施形態のプランクトン測定システム１０は、測定対象水域の任意のポイントの任意の深度で採水を行ない、所定容量に含まれるプランクトンの種類毎の個数を測定できるため、汎用的なプランクトン測定が行なえるようになる。

１０…プランクトン測定システム、１００…水域移動体、１１０…採水機構、１１１…巻き取り式ホース、１１２…ポンプ、１２０…プランクトン測定部、１２１…フィルタ、１２２…流量調節機構、１２３…フローセル機構、１２４…光源、１２５…光源側光学系、１２６…撮像側光学系、１２７…カメラ、１３０…制御部、１３１…通信部、１３２…移動制御部、１３３…測定制御部、１３４…採水制御部、１３５…記憶部、１３６…測定スケジュール、１３７…画像ライブラリ、１３８…測定記録ファイル、１５０…撮像画像、２００…制御端末、３００…水域、３１０…航路

Claims (5)

1. 水域移動体に搭載されるプランクトン測定システムであって、
   採水箇所の深度を調整可能な採水機構と、
   測定場所と測定深度とが定められた測定スケジュールにしたがって、前記水域移動体の測定対象水域の移動を制御する移動制御部と、
   前記測定対象水域の前記測定場所の前記測定深度において採水を行なう採水制御部と、
   採水されたサンプル水を撮像する撮像機構と、
   前記サンプル水の撮像画像から、プランクトンの種類毎の個数を計測する測定制御部と、
   を備えたことを特徴とするプランクトン測定システム。
2. 前記測定制御部は、
   計測されたプランクトンの種類毎の個数を、測定場所と測定深度とに対応付けて測定結果情報として記録することを特徴とする請求項１に記載のプランクトン測定システム。
3. 前記測定結果情報を外部に送信する通信部をさらに備えたことを特徴とする請求項２に記載のプランクトン測定システム。
4. 前記測定制御部は、種類別のプランクトンのパターン画像を参照し、パターン認識処理により、プランクトンの種類毎の個数を計測することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のプランクトン測定システム。
5. 採水箇所の深度を調整可能な採水機構と、撮像機構とを搭載した水域移動体を用いたプランクトン測定方法であって、
   測定場所と測定深度とが定められた測定スケジュールにしたがって、測定対象水域を移動するステップと、
   前記測定対象水域の前記測定場所の前記測定深度において採水を行なうステップと、
   採水されたサンプル水を撮像するステップと、
   前記サンプル水の撮像画像から、プランクトンの種類毎の個数を計測する測定ステップと、
   を有することを特徴とするプランクトン測定方法。