JP2017131115A - 無人航空機を用いた漁業支援システム - Google Patents

Abstract

【課題】無人航空機を利用して集魚及び魚群の誘導等のを可能とした漁業支援システムの提供。【解決手段】無人航空機を用いた漁業支援システムは、漁船に搭載された漁船側制御装置１１と、漁船側無線送受信装置１２と、漁船の位置を把握して漁船側制御装置１１に入力する漁船位置把握装置１３が搭載されており、無人航空機には航空機側制御装置２１と、漁船側無線送受信装置１２との間で漁船の位置データなどの送受を行う航空機側無線送受信装置２２と、無人航空機の位置を把握して航空機側制御装置２１に入力する航空機位置把握装置２７と、光照射装置２６と、水面を撮影した画像データを航空機側制御装置２１に入力する撮像装置２３とを備えている。航空機側制御装置２１は、撮像装置２３から得た画像データから魚群を検出し、魚群に対して光照射装置２６にて照射した状態で無人航空機を移動させることにより、魚群を漁船の方向へ誘導するように構成される。【選択図】図２

Description

本発明は、無人航空機を用いて集魚及び魚群の誘導を行うことにより漁業を支援する、無人航空機を用いた漁業支援システムに関する。

サンマ漁等の漁業においては、魚群密度の高い漁場で操業することが漁獲効率を高めるためにも重要である。そのためには、漁場を移動して魚群探索を行う他に、魚群を漁船方向に積極的に誘導することも行われる。

魚群を誘導する従来技術としては、漁船に設けた探照灯を用いて魚群に光を照射して集魚し、その光を移動させて魚群を漁船方向に誘導することが行われていた。しかしながら、探照灯を用いた魚群の誘導は、探照灯の操作に高度の熟練を要することのみならず、魚群が遠距離にある場合は高い集魚及び誘導効果を期待できなかった。さらに、探照灯の点灯に使用する電力量に比して集魚及び誘導効果が極めて低いという問題をも有していた。

近年、無人航空機による魚漁支援技術として、カメラを搭載した無人航空機により魚群探索を行うことが提案されている（例えば特許文献１〜３）。

特表２０１２−５２４６９５号公報 特表２０１３−５３９７２９号公報 特許第５２１４５９９号公報

これら特許文献１〜３には、無人航空機の回収方法、無人航空機によるライン捕捉方法及び無人航空機の無線制御方法についての記載があるものの、無人航空機をどのように用いて漁業支援を行うかについての具体的な構成については、何等開示されていない。

従って本発明の目的は、無人航空機を利用して集魚及び魚群の誘導等の漁業支援を可能とした漁業支援システムを確立することにある。

本発明によれば、無人航空機を用いた漁業支援システムは、漁船に搭載された漁船側制御装置と、漁船に搭載された漁船側無線送受信装置と、漁船に搭載されており漁船の位置を把握して漁船側制御装置に入力する漁船位置把握装置と、無人航空機に搭載された航空機側制御装置と、無人航空機に搭載されており漁船側無線送受信装置との間で漁船の位置データを含むデータの送受を行う航空機側無線送受信装置と、無人航空機に搭載されており無人航空機の位置を把握して航空機側制御装置に入力する航空機位置把握装置と、無人航空機に搭載されており魚群に光を照射する光照射装置と、無人航空機に搭載されており水面を撮影し得られた画像データを航空機側制御装置に入力する撮像装置とを備えている。航空機側制御装置は、撮像装置から得た画像データから魚群を検出し、検出した魚群に対して光照射装置から光を照射した状態で無人航空機を移動させることにより、魚群を漁船の方向へ誘導するように構成されている。

無人航空機に搭載の撮像装置により水面を撮像して画像データを取得し、その取得した画像データから魚群を検出し、検出した魚群に対して光を照射した状態で無人航空機を移動させることにより、魚群を漁船の方向へ誘導するように構成されているため、無人航空機の到達できる範囲の遠隔の魚群を自動的に集魚及び誘導して漁船まで誘導することができる。また、そのために熟練した操作員も不要である。さらに、少ない消費電力で集魚及び魚群の誘導を行うことができるので、消費電力量に対する集魚及び誘導効果がきわめて高い。このように、本発明では、高機動性の小型の無人航空機（ドローン）を用いて漁業支援システムを構築しているため、漁業の省力化及び効率化が図ることができる。

航空機側制御装置は、魚群の重心点の位置と無人航空機の位置との距離が所定範囲内に収まるように無人航空機の移動速度を設定するように構成されていることが好ましい。

航空機側制御装置は、魚群の密度及び面積を検出し、検出した密度及び面積が高魚群密度及び狭魚群面積である場合は魚群に誘導効果の高い光を照射して漁船の方向に誘導し、検出した密度及び面積が低魚群密度及び広魚群面積である場合は魚群に集魚効果の高い光を照射して魚群を高密度となるように集めた後、この魚群に誘導効果の高い青緑色の光を照射して漁船の方向に誘導するように構成されていることも好ましい。

この場合、誘導効果の高い光が１２０度以上の配光角度を有する広角の光（サンマの場合は青緑光）であり、集魚効果の高い光が１２０度未満の配光角度を有する狭角の光（サンマの場合は青緑光）であることがより好ましい。

光照射装置がＬＥＤ（発光ダイオード）光源装置を含んでいることも好ましい。

航空機側制御装置は、魚群の重心点の位置と無人航空機の位置との距離が所定範囲内に収まるように無人航空機の移動速度を設定するように構成されていることも好ましい。

集魚及び魚群の誘導作業を実施していない場合に、航空機側制御装置は、無人航空機を漁船の周囲を周回するように飛行させ、漁船の集魚灯の光量を検出するように構成されていることも好ましい。

本発明によれば、無人航空機の到達できる範囲の遠隔の魚群を自動的に集魚及び誘導して漁船まで誘導することができ、また、そのために熟練した操作員も不要である。さらに、少ない消費電力で集魚及び魚群の誘導を行うことができるので、消費電力量に対する集魚及び誘導効果がきわめて高い。このように、本発明では、高機動性の小型の無人航空機（ドローン）を用いて漁業支援システムを構築しているため、漁業の省力化及び効率化が図ることができる。

本発明の漁業支援システムの一実施形態における全体構成を概略的に示す図である。 図１の実施形態における漁船及びドローンの電気的構成を概略的に示すブロック図である。 図１の実施形態における漁船の制御動作の流れを概略的に示すフローチャートである。 図１の実施形態におけるドローンの制御動作の流れを概略的に示すフローチャートである。 図１の実施形態におけるドローンの制御動作の流れを概略的に示すフローチャートである。 図１の実施形態におけるドローンの制御動作の流れを概略的に示すフローチャートである。 図４ａ及び４ｂに示す魚群高確率遭遇エリア探索処理の流れを概略的に示すフローチャートである。 図４ｃに示す魚群の判別処理の流れを概略的に示すフローチャートである。 ライントランセクト法による航路を説明する図である。 海面水温について好適水温域及び好適水温勾配域の抽出処理を説明する図である。 植物プランクトン濃度について好適濃度域の抽出処理を説明する図である。 好適水温域、好適水温勾配域及び好適濃度域から魚群高確率遭遇エリアを抽出する処理を説明する図である。 図４ｃに示す魚群の誘導処理の流れを概略的に示すフローチャートである。 本発明の漁業支援システムの他の実施形態における漁船の制御動作の流れを概略的に示すフローチャートである。

図１は本発明の漁業支援システムの一実施形態における全体構成を概略的に示しており、図２はこの漁業支援システムにおける漁船側及びドローン側の電気的構成を概略的に示している。

図１において、１０は例えばサンマ漁の漁船、２０はこの漁船１０を基地として発進する無線操縦式無人航空機であるドローンをそれぞれ示している。本実施形態におけるドローン２０は、空中静止可能な回転翼機である。

漁船１０には、図２に示すように、この漁業支援システムにおいて漁船側の制御を行う漁船側制御装置１１と、この漁船側制御装置１１に接続されており、ドローン側無線送受信装置２２との間で例えばＩＥＥＥ８０２．１６−２００４規格の無線ＬＡＮ（ローカルエリアネットワーク）によるデータ通信を行うための漁船側無線送受信装置１２と、漁船１０の位置を取得するためのＧＰＳ（グローバルポジショニング）装置１３とが設けられている。漁船側制御装置１１は、デジタルコンピュータ１１ａ、例えば液晶等によるディスプレイ部１１ｂ及び操作部１１ｃを備えている。ディスプレイ部１１ｂ及び操作部１１ｃは互いに独立した構成で設けても良いし、タッチパネル式液晶ディスプレイを用いれば、一体化構成としても良い。漁船側無線送受信装置１２は、無線部１２ａ及びアンテナ１２ｂを備えている。漁船側制御装置１１は、ウェブ上のマップサービスから地図情報を取得できるように構成しても良い。例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）によりスマートフォンと接続しウェブ上のマップサービスから地図情報を取得してディスプレイ部１１ｂに表示するように構成しても良い。また、人工衛星ＮＯＡＡのデータベースから海水温分布等の海洋情報を取得するように構成しても良い。

ドローン２０には、この漁業支援システムにおいてドローン側の制御を行うドローン側制御装置２１と、このドローン側制御装置２１に接続されており、漁船側無線送受信装置１２との間で上述の無線ＬＡＮによるデータ通信を行うためのドローン側無線送受信装置２２と、明るい環境下で動画撮影を行うための高性能偏光フィルタ付きの超広角（例えば焦点距離０．０２ｍ程度）の可視光デジタルカメラ２３と、海面の温度を測定するための高分解能放射計２４と、海面の特定スペクトルを検出して植物プランクトン濃度を測定するための海色センサ２５と、集魚及び魚群の誘導用の光を照射するための光照射装置２６と、ドローン２０の位置を取得するためのＧＰＳ装置２７と、光量の測定を行うための光量計２８とが設けられている。ドローン側制御装置２１は、デジタルコンピュータ２１ａを備えている。ドローン側無線送受信装置２２は、無線部２２ａ及びアンテナ２２ｂを備えている。

高分解能放射計２４は、海表面温度に応じて定まる、海水面からの反射光の赤外線成分を測定するものであり、その測定値から海面温度を推定することができる。海色センサ２５は、海水面からの反射光のスペクトル分析を行うことにより、植物プランクトンが含有している光合成色素でありクロロフィルａの濃度を検出するものであり、その測定値から海面の植物プランクトン濃度を推定することができる。

光照射装置２６は、サンマの視覚感度が高い５００〜５１０ｎｍの波長にピークを有する青緑色の光を発光する高出力のＬＥＤ素子を用いたＬＥＤ光源を使用する。このＬＥＤ光源からの光をレンズ及び／又は反射鏡で集光して指向性の高い光を海面上に照射できるように構成されている。光量計２８は、入射した光の強度（光量）に応じた光量信号又は光量データを出力する照度計である。

図３は本実施形態における漁船側の制御動作の流れを概略的に示しており、図４ａ〜４ｃ、図５及び図６は本実施形態におけるドローン側の制御動作の流れを概略的に示している。以下、これらの図を用いて本実施形態における漁船１０及びドローン２０の制御動作を詳細に説明する。

最初に、図３を用いて、漁船１０に搭載された漁船側制御装置１１の動作を説明する。システムが起動されると、まず、ドローン２０の動作を制御する情報の初期設定が行われる（ステップＳ１）。この場合の初期設定の内容は、ドローン２０によるライントランセクト法に基づいた航路の設定、魚群探索時におけるドローン２０の航行高度の設定、並びに集魚及び魚群の誘導時におけるドローン２０の航行高度の設定を含んでいる。さらに、既に魚群が発見されておりその位置が知られている場合は、その旨及び発見されている魚群の位置情報が含まれる。

ライントランセクト法は、よく知られているように、調査対象域にラインを引き、そのライン上又はラインから一定の範囲内の生物について調査する手法であり、ここでは、図７に示すように、トランセクト航路７０、トランセクト開始点７１の位置情報、及びトランセクト終了点７２の位置情報がそれぞれ初期設定される。ドローン２０の航行高度を設定することにより、トランセクトラインのライン幅が決定される。即ち、ライン幅ａ（ｍｍ）は、ａ＝２ｆ／ｃｏｔ（α／４）で決定される。ただし、ｆは航行高度（ｍｍ）、αは画角（°）であり、この画角αはカメラのセンサの大きさを２４√１３（ｍｍ）とすると、α＝２ｔａｎ^−１（２４√１３／ｆ）である。

なお、既に発見されている魚群の位置情報、調査対象域の位置情報、並びにトランセクト航路７０、トランセクト開始点７１及びトランセクト終了点７２の位置情報は、本システムの操作者が過去の実績や経験に基づいて決定しても良いし、漁船１０に搭載されている全方位ソナーのエコーグラムから決定しても良いし、両者を併用しても良い。

次いで、この初期設定内容がドローン２０に送信され（ステップＳ２）、オペレータの操作により、ドローン２０へ離陸指示が送信される（ステップＳ３）。

漁船１０及びドローン２０は、ＧＰＳ装置１３及び２７によりそれぞれ位置情報を定期的に取得している。この取得したドローン２０の位置情報を受信し、これと取得した漁船１０の位置情報とから漁船１０及びドローン２０間の距離が算出される（ステップＳ４）。

次いで、この算出された距離が所定値、例えば漁船１０及びドローン２０間の通信限界である２．５ｋｍを超えたか否かを判別される（ステップＳ５）。超えていないと判別された場合（ＮＯの場合）は、ドローン２０に対する強制的な帰巣指示が出ているか否かが判別される（ステップＳ６）。帰巣指示が出ていないと判別された場合（ＮＯの場合）は、ステップＳ４に戻り、ステップＳ４〜Ｓ６の処理が繰り返される。帰巣指示が出ていると判別された場合（ＹＥＳの場合）は、帰巣指示信号がドローン２０へ送信される（ステップＳ７）。これにより、ドローン２０は漁船１０への帰巣を開始する（図４ｂのステップＳ２５）。

ステップＳ５において、距離が所定値を超えていると判別された場合（ＹＥＳの場合）は、ステップＳ７へ進み、帰巣指示信号がドローン２０へ送信される。これにより、ドローン２０は漁船１０への帰巣を開始する（図４ｂのステップＳ２５）。

次に、図４ａ〜４ｃ、図５、図６及び図１１を用いて、ドローン２０に搭載されたドローン側制御装置２１の動作を説明する。

システムが起動されると、漁船１０から送信された初期設定の内容が受信され（図４ａのステップＳ１１）、デジタルコンピュータ２１ａ内のメモリに記憶される。

次いで、漁船１０側から離陸指示があったか否かが判別される（ステップＳ１２）。離陸指示有りと判別された場合（ＹＥＳの場合）のみ、ドローン２０の離陸動作を行う（ステップＳ１３）。

次いで、この初期設定の内容から、魚群の位置が既に分かっているか否かが判別される（ステップＳ１４）。魚群の位置が分かっていないと判別された場合（ＮＯの場合）、ドローン２０は、トランセクト開始点７１に向かって飛行する。

次いで、強制的な帰巣指示が出ているか否かが判別される（ステップＳ１６）。帰巣指示が出ていないと判別された場合（ＮＯの場合）は、魚群に高確率で遭遇するエリアの探索処理が行われる（ステップＳ１７）。従って、この魚群高確率遭遇エリア探索処理は、魚群の位置が分かっていない状態でドローン２０が飛行を開始すると直ちに開始され、飛行中に継続して実施されることとなる。

ステップＳ１４において、魚群の位置が既に分かっていると判別された場合（ＹＥＳの場合）、ドローン２０は、その判明している魚群の位置へ飛行し（ステップＳ１５）、図４ｃのステップＳ２９の処理を実行する。

ステップＳ１６において、帰巣指示が出ていると判別された場合（ＹＥＳの場合）は、ドローン２０の帰巣が開始され（図４ｂのステップＳ２７）、漁船１０に着陸して（図４ｂのステップＳ２８）、この漁業支援システムの処理が終了する。

ステップＳ１７における魚群高確率遭遇エリア探索処理が図５に示されている。

この魚群高確率遭遇エリア探索処理では、まず、ドローン２０に搭載されている高分解能放射計２４によって海面水温が測定される（ステップＳ１００）と共に、同じくドローン２０に搭載されている海色センサ２５によって海面の色度が検出されて植物プランクトン濃度が測定される（ステップＳ１０６）。具体的には、カメラの画角に合わせたアスペクト比（単なる一例であるが、例えばアスペクト比１６：９）とした領域全体をマトリクス状に並んだ複数のグリッド（例えば８０個のグリッド）に分割し、各グリッド内で高分解能放射計２４の測定値から推測された海面水温がヒストグラム化され、その最頻値がそのグリッドの水温として算出され、メモリに記憶される。図８（Ａ）は複数グリッドに分割された領域内の海面水温測定データを数値に応じた階調で表しており、図８（Ｂ）はグリッド水温を数値に応じた階調で表している。

海色センサ２５によって測定された植物プランクトン濃度についても同様にヒストグラム化され、その最頻値がそのグリッドの植物プランクトン濃度として算出され、メモリに記憶される。図９（Ａ）は複数グリッドに分割された領域内の植物プランクトン濃度測定データを数値に応じた階調で表しており、図９（Ｂ）はグリッド濃度を数値に応じた階調で表している。

次いで、このように算出されたグリッド水温が所定温度範囲内にあるか否かが判別される（ステップＳ１０１）。具体的には、グリッド水温が例えば１４．６〜１５．４℃の範囲内にあるか否かが判別される。

グリッド水温が所定温度範囲内にあると判別された場合（ＹＥＳの場合）は、そのグリッドが好適水温域であると判断される（ステップＳ１０２）。グリッド水温が所定温度範囲内にないと判別された場合（ＮＯの場合）は、ステップＳ１００及びＳ１０６へ戻り、上述の処理が繰り返される。図８（Ｃ）はグリッド水温が所定温度範囲内にある好適水温域のグリッドを表している。

ステップＳ１０２の処理に続いて、隣接するグリッド間の水温差分値が算出される（ステップＳ１０３）。次いで、算出された水温差分値が所定温度範囲にあるか否かが判別される（ステップＳ１０４）。具体的には、水温差分値が例えば０．８〜２．０℃の範囲内にあるか否かが判別される。

水温差分値が所定温度範囲内にあると判別された場合（ＹＥＳの場合）は、そのグリッド周辺が好適水温勾配域であると判断され（ステップＳ１０５）、ステップＳ１０９へ進む。水温差分値が所定温度範囲内にないと判別された場合（ＮＯの場合）は、ステップＳ１００及びＳ１０６へ戻り、上述の処理が繰り返される。図８（Ｃ）は水温差分値が所定温度範囲内にある好適水温勾配域のグリッドをも表している。

一方、前述したようにステップＳ１０６において算出されたそのグリッドの植物プランクトン濃度であるグリッド濃度が所定範囲内にあるか否かが判別される（ステップＳ１０７）。具体的には、グリッド濃度が例えば０．２３〜３．９６ｍｇ・ｍ^３の範囲内にあるか否かが判別される。

グリッド濃度が所定範囲内にあると判別された場合（ＹＥＳの場合）は、そのグリッドが好適濃度域であると判断される（ステップＳ１０８）。グリッド濃度が所定範囲内にないと判別された場合（ＮＯの場合）は、ステップＳ１００及びＳ１０６へ戻り、上述の処理が繰り返される。図９（Ｃ）はグリッド濃度が所定範囲内にある好適濃度域のグリッドを表している。

ステップＳ１０５又はステップＳ１０８の処理に続いて、全グリッドについて好適水温域、好適水温勾配域及び好適濃度域の探索が行われたか否かが判別される（ステップＳ１０９）。全グリッドについて探索が行われていないと判別された場合（ＮＯの場合）は、ステップＳ１００及びＳ１０６へ戻り、上述の処理が繰り返される。

全グリッドについて探索が行われたと判別された場合（ＹＥＳの場合）は、好適なグリッド水温、好適なグリッド間水温勾配及び好適なグリッド濃度の重複するグリッドを検索する（ステップＳ１１０）。具体的には、図１０（Ａ）に示す好適水温域のグリッドと、図１０（Ｂ）に示す好適水温勾配域のグリッドと、図１０（Ｃ）に示す好適濃度域のグリッドとを、図１０（Ｄ）に示すように重ね合わせ、図１０（Ｅ）に示すように重複する率の高さに応じた階調で表示して重複率の高いグリッドを検索する。

次いで、重複率の高いグリッドがあるか否かを判別する（ステップＳ１１１）。具体的には、好適なグリッド水温、好適なグリッド間水温勾配及び好適なグリッド濃度の重複するグリッドの全てが重複するグリッドがあるか否かを判別する。

重複率の高いグリッドがあると判別された場合（ＹＥＳの場合）は、魚群高確率遭遇エリア発見と判断する（ステップＳ１１２）。一方、重複率の高いグリッドがないと判別された場合（ＮＯの場合）は、ステップＳ１００及びＳ１０６へ戻り、上述の処理が繰り返される。

以上の魚群高確率遭遇エリア探索処理が終了した後、図４ａのステップＳ１８の処理へ進む。このステップＳ１８では、魚群高確率遭遇エリアを発見したか否かが判別され、エリア発見と判別された場合（ＹＥＳの場合）は、図４ｃのステップＳ２９へ進み、魚群の探索及び誘導処理を行う。この探索及び誘導処理については、後述する。

エリア発見なしと判別された場合（ＮＯの場合）は、ドローン２０の現在位置がトランセクト開始地点７１（図７）であるか否かが判別される（ステップＳ１９）。トランセクト開始地点でないと判別された場合（ＮＯの場合）は、ステップＳ１６へ戻り、上述した処理を繰り返す。トランセクト開始地点であると判別された場合（ＹＥＳの場合）は、トランセクト航路７０（図７）に沿った飛行が開始される（ステップ２０）。

次いで、ステップＳ１７と同様の前述した魚群高確率遭遇エリア探索処理を行う（図４ｂのステップＳ２１）。魚群高確率遭遇エリア探索処理が終了した後、魚群高確率遭遇エリアを発見したか否かが判別される（ステップＳ２２）。エリア発見と判別された場合（ＹＥＳの場合）は、図４ｃのステップＳ２９へ進み、魚群の探索及び誘導処理を行う。この探索及び誘導処理については、後述する。

エリア発見なしと判別された場合（ＮＯの場合）は、強制的な帰巣指示が出ているか否かが判別される（ステップＳ２３）。帰巣指示が出ていると判別された場合（ＹＥＳの場合）は、ドローン２０の帰巣が開始され（ステップＳ２７）、漁船１０に着陸して（ステップＳ２８）、この漁業支援システムの処理が終了する。ステップＳ２３において、帰巣指示が出ていないと判別された場合（ＮＯの場合）は、ドローン２０に搭載されているバッテリの充電量が閾値以下に低下しているか否かが判別される（ステップＳ２４）。

ステップＳ２４において、バッテリ充電量低下と判別された場合（ＹＥＳの場合）は、漁船側制御装置１１のディスプレイ部１１ｂに「バッテリ充電量低下」とする警告を表示させると共に、ドローン２０の帰巣が開始され（ステップＳ２７）、漁船１０に着陸して（ステップＳ２８）、この漁業支援システムの処理が終了する。実際には、そのときのバッテリ充電量を検出し、フル充電時の２０％以下となった場合に帰巣となる。また、バッテリ充電量がフル充電時の５０％以下となった場合に、その旨を漁船１０に通知するように構成しても良い。

ステップＳ２４において、バッテリ充電量低下なしと判別された場合（ＮＯの場合）は、ドローン２０の現在位置がトランセクト終了点７２（図７）であるか否かが判別される（ステップＳ２５）。トランセクト終了地点でないと判別された場合（ＮＯの場合）は、ステップＳ２１へ戻り、上述した処理を繰り返す。トランセクト終了地点であると判別された場合（ＹＥＳの場合）は、トランセクト飛行を終了し（ステップＳ２６）、ドローン２０の帰巣が開始され（ステップＳ２７）、漁船１０に着陸して（ステップＳ２８）、この漁業支援システムの処理が終了する。

図４ａのステップＳ１７又は図４ｂのステップＳ２１において、魚群高確率遭遇エリアを発見したと判別された場合（ＹＥＳの場合）、さらに、図４ａのステップＳ１４において魚群の位置が分かっていると判別され、ステップＳ１５においてその判明している魚群の位置又はその近傍（具体的には例えば１ｍ以内）へ飛行した場合、図４ｃの処理へ進む。まず、発見した魚群高確率遭遇エリアにおいてドローン２０が空中に静止（ホバリング）した状態で、光照射装置２６から海面に光照射が開始され（ステップＳ２９）、次いで、海面の連続撮影（動画撮影）が開始される（ステップＳ３０）。この撮影には、高性能偏光フィルタ付きの可視光デジタルカメラ２３が使用される。

次いで、撮影して得られた動画データから魚群の判別処理が行われる（ステップＳ３１）。このステップＳ３１の魚群判別処理が図６に示されている。

この魚群判別処理では、まず、撮影した動画データの１フレームの１つのピクセル（画素）について、サンマ、サバ又はカタクチイワシ等の体表面の反射光が有しているとされている波長５３０ｎｍの光が含まれているか否かが判別される（ステップＳ２００）。含まれていないと判別された場合（ＮＯの場合）は、後述するステップＳ２０４へ進む。波長５３０ｎｍの光が含まれていると判別された場合（ＹＥＳの場合）は、隣接するフレームの互いに対応するピクセル間で光の色度や明度に変化があったか否かを判別する（ステップＳ２０１）。即ち、背景差分法を用いた二値化処理を行い、背景であるのか否かの認識を行う。より詳しくは、連続撮影されたｎ枚目のフレームとｎ＋１枚目のフレームとの色度（ＲＧＢ比）を対応する１ピクセル毎に比較して変化があったかどうか判別する。

ステップＳ２０１において、変化があったと判別された場合（ＹＥＳの場合）は、そのピクセルの値を背景ではなく移動物体等であることを表す「１」とし（ステップＳ２０２）、変化がなかったと判別された場合（ＮＯの場合）は、そのピクセルの値を背景であることを表す「０」とする（ステップＳ２０３）。

次いで、フレームの全てのピクセルについて上述の比較を行ったか否かが判別される（ステップＳ２０４）。全ピクセルの比較がなされていないと判別された場合（ＮＯの場合）は、ステップＳ２００へ戻り、以後の処理を繰り返す。

ステップＳ２０４において全ピクセルの比較がなされたと判別された場合（ＹＥＳの場合）は、背景ではなく移動物体等である「１」のピクセルの総数が３２０万個以上であるか否かが判別される（ステップＳ２０５）。このステップＳ２０５はノイズ除去のために設けられている。

「１」ピクセルの総数が３２０万個以上ではないと判別された場合（ＮＯの場合）は、移動物体発見ではないと推測されるため、魚群発見なしと判断し（ステップＳ２０６）、この魚群及び魚種の判別のステップＳ３１の処理を終了して次の図４ｃのステップＳ３２へ進む。一方、「１」ピクセルの総数が３２０万個以上であると判別された場合（ＹＥＳの場合）は、「１」ピクセルのクラスタが移動物体を構成していると判断し、そのクラスタが楕円近似クラスタであるか否かが判別される（ステップＳ２０７）。

楕円近似クラスタではないと判別された場合（ＮＯの場合）は、その移動物体が魚ではないと推測されるため、魚群発見なしと判断し（ステップＳ２０６）、図４ｃのステップＳ３２へ進む。一方、楕円近似クラスタであると判別された場合（ＹＥＳの場合）は、そのクラスタの楕円の実際の長径が１７ｃｍ以上であるか否かが判別される（ステップＳ２０８）。

実際の長径が１７ｃｍ以上ではないと判別された場合（ＮＯの場合）は、その移動物体が魚ではないと推測されるため、魚群発見なしと判断し（ステップＳ２０６）、図４ｃのステップＳ３２へ進む。一方、１７ｃｍ以上であると判別された場合（ＹＥＳの場合）は、そのクラスタは魚であると判断できるが、そのクラスタの周囲のクラスタが魚群を構成しているかどうかの判断が必要となる。

このため、互いに隣接するクラスタとの距離が、そのクラスタの楕円の長径未満であるか否かがまず判別される（ステップＳ２０９）。クラスタ間距離がクラスタの長径未満ではない、以上であると判別された場合（ＮＯの場合）は、そのクラスタ群が魚群ではないと推測されるため、魚群発見なしと判断し（ステップＳ２０６）、図４ｃのステップＳ３２へ進む。一方、クラスタ間距離がそのクラスタの長径未満であると判別された場合（ＹＥＳの場合）は、３つ以上のクラスタが互いに隣接しているか否かが判別される（ステップＳ２１０）。３クラスタ以上が互いに隣接していないと判別された場合（ＮＯの場合）は、そのクラスタ群が魚群ではないと推測されるため、魚群発見なしと判断し（ステップＳ２０６）、図４ｃのステップＳ３２へ進む。一方、３クラスタ以上が互いに隣接していると判別された場合（ＹＥＳの場合）は、それらクラスタ群が魚群であると判断される（ステップＳ２１１）。即ち、魚体であると判別されたクラスタの楕円長径未満の距離で互いに隣接し、かつ３つ以上のクラスタが互いに隣接しているクラスタ群を魚群と判断している。

次いで、このクラスタ群の外周が楕円近似され（ステップＳ２１２）、その魚群面積及び魚群密度の算出、並びに魚群の位置取得が行われ（ステップＳ２１３）、この魚群の判別のステップＳ３１の処理を終了し、図４ｃのステップＳ３２へ進む。

魚群（クラスタ群）面積は、近似された楕円の面積の公式から算出される。即ち、クラスタ群の楕円の長径をａ、短径をｂとすれば、魚群の面積Ｓは、Ｓ＝πａｂで近似的に求めることができる。

魚群密度は、画面全体の面積に対する魚群の面積の比から算出する。魚群密度が６０％以上の場合は高密度の魚群密度であると定義する。

図４ｃのステップＳ３２においては、魚群発見なしか否かが判別される。魚群が発見されたと判別された場合（ＮＯの場合）は、算出された魚群面積及び魚群密度、並びにＧＰＳ装置２７によって取得された魚群の位置の情報が漁船１０へ送信される（ステップＳ３３）。

なお、算出した魚群密度及び魚群面積に応じて、光照射装置２６から海面に照射される光の配光角度が調整される。即ち、算出した魚群密度及び魚群面積が高魚群密度（魚群密度が６０％以上）及び狭魚群面積（カメラの画角内を占める魚群面積が６０％未満）である場合は魚群に誘導効果の高い１２０度以上の配光角度を有する広角の光を照射する。一方、即ち、算出した魚群密度及び魚群面積が低魚群密度（魚群密度が６０％未満）及び広魚群面積（カメラの画角内を占める魚群面積が６０％以上）である場合は魚群に集魚効果の高い１２０度未満の配光角度を有する狭角の光を照射し、魚群が高密度となったら、魚群に誘導効果の高い１２０度以上の配光角度を有する広角の光を照射する。

次いで、魚群の誘導を行うか否かが判別され（ステップＳ３４）、誘導を行わない場合（ＮＯの場合）はステップＳ３７へ進むが、誘導を行う場合（ＹＥＳの場合）はステップＳ３５へ進む。

図１１は図４ｃに示す魚群の誘導処理（ステップＳ３５）の流れを概略的に示している。

魚群の誘導処理は、まず、ドローン２０の現在位置と、漁船１０の現在位置とをＧＰＳ装置２７及び１３からの情報によって取得し、漁船１０の方向へのドローン２０の移動を開始する（ステップＳ３００）。この移動は、光照射装置２６から魚群に対して誘導効果の高い１２０度以上の配光角度を有する広角の青色光を照射した状態で行われ、ドローン２０の飛行高度は初期高度値に維持される。

次いで、図４ｃのステップＳ３１の処理で検出した魚群の重心点の座標を算出し、算出した魚群の重心点の座標位置と、ＧＰＳ装置２７を介して取得したドローン２０の座標位置とを比較し、両者間の距離が所定範囲（例えば座標上で誤差１ｍｍに相当する範囲）内であるか否かが判別される（ステップＳ３０１）。

所定範囲内であると判別された場合（ＹＥＳの場合）はドローン２０の移動を維持した状態で次のステップＳ３０３へ進むが、所定範囲内ではないと判別された場合（ＮＯの場合）はドローン２０の移動速度を所定値低下させた（ステップＳ３０２）後、次のステップＳ３０３へ進む。

ステップＳ３０３では、魚群全体を把握しているか否かが判別され、把握していると判別された場合（ＹＥＳの場合）は次のステップＳ３０５へ進むが、把握していないと判別された場合（ＮＯの場合）はドローン２０の飛行高度を上昇させた（ステップＳ３０４）後、ステップＳ３０５へ進む。

ステップＳ３０５では、ドローン２０が漁船１０の近傍（例えば２ｍ以内）まで到達したか否かが判別され、到達していないと判別された場合（ＮＯの場合）はステップＳ３０１へ戻り、上述した処理を繰り返す。ドローン２０が漁船１０の近傍まで到達したと判別された場合（ＹＥＳの場合）は、光照射装置２６による光照射を終了し（ステップＳ３０６）、図４ｃのステップＳ３５の誘導処理を終了する。

魚群の誘導処理が終了した後、次の魚群探索及び魚群誘導を行うか否かが判別され（ステップＳ３６）、次の魚群探索及び魚群誘導を行うと判別された場合（ＹＥＳの場合）、図４ａのステップＳ１４へ進んで以降の処理を実行する。次の魚群探索及び魚群誘導を行わないと判別された場合（ＮＯの場合）、図４ｂのステップＳ２８へ進み、ドローン２０は漁船１０に着陸して、この漁業支援システムの処理が終了する。次の魚群探索及び魚群誘導を行うと判別された場合（ＹＥＳ場合）、図４ａのステップＳ１４へ進んで以降の処理を繰り返して実行する。

図４ｃのステップＳ３２において、魚群が発見されなかったと判別された場合（ＹＥＳの場合）は、ステップＳ３７へ進み、フレームアウトであるか否かが判別される。即ち、定点からの連続撮影しているフレームから魚群が外部へ出たか否かが判別される。このフレームアウトは、より詳細には、クラスタ群として楕円近似された魚群の中心点がカメラの画角であるフレームから外れた瞬間として定義される。フレームアウトしていないと判別された場合（ＮＯの場合）は、ステップＳ３０へ戻り、以降の処理が繰り返される。

フレームアウトしたと判別された場合（ＹＥＳの場合）は、定点における撮影が終了となり、ドローン２０の移動が再開される。その際、まず、トランセクト飛行が再開可能であるか否かが判別され（ステップＳ３８）、トランセクト飛行が再開可能ではないと判別された場合（ＮＯの場合）は、ドローン２０の帰巣が開始され（図４ｂのステップＳ２７）、漁船１０に着陸して（ステップＳ２８）、この漁業支援システムの処理が終了する。

ステップＳ３８において、トランセクト飛行が再開可能であると判別された場合（ＹＥＳの場合）は、現在のドローン２０の位置がトランセクト範囲外であるか否かが判別される（ステップＳ３９）。ドローン２０の位置がトランセクト航路７０の範囲外であると判別された場合（ＹＥＳの場合）は、図４ａのステップＳ１９へ進んで上述した処理が繰り返され、トランセクト航路７０の範囲内であると判別された場合（ＮＯの場合）は、図４ｂのステップＳ２１へ進んで上述した処理が繰り返される。

次に本実施形態の漁業支援システムの操作について説明する。操作者が、本システムの起動、集魚及び魚群の誘導のみを行うのか魚群の探索を行った後に集魚及び魚群の誘導を行うのかの指示、前者の場合にその魚群の位置情報の設定及びドローン２０の航行高度の初期設定、後者の場合にドローン２０のライントランセクト法による航路の設定及びドローン２０の航行高度の初期設定、及びドローン２０の離陸指示を行うと、ドローン２０は自動的に漁船１０から離陸し、集魚及び魚群の誘導のみを行う場合は指示された魚群位置へ自動的に進み、魚群に光を照射して漁船１０近傍まで誘導する。魚群探索から行う場合は、指示されたトランセクト開始点ヘ自動的に進み、トランセクト航路を飛行して魚群を検出し、検出した魚群に光を照射して漁船１０近傍まで誘導する。ドローンから得られた情報は、漁船側制御装置１１のディスプレイ部１１ｂ上に表示される。

なお、ドローン２０は、トランセクト航路の終点まで飛行して探索が終了すると漁船１０へ自動的に帰巣する。ただし、漁船側から強制的な帰巣指示が出された場合、漁船１０との距離が開きすぎた場合、及びバッテリの充電量が所定値より低下した場合に帰巣する。

以上詳細に説明したように、本実施形態によれば、ドローン２０に搭載した可視光デジタルカメラ２３により海水面を動画撮影して動画画像データを取得し、その取得した動画画像データから魚群を検出し、検出した魚群に対して光を照射した状態でドローン２０を移動させることにより、魚群を漁船１０の方向へ誘導するように構成されているため、ドローン２０の到達できる範囲の遠隔の魚群を自動的に集魚及び誘導して漁船１０まで自動的に誘導することができる。また、そのために熟練した操作員も不要である。さらに、少ない消費電力で集魚及び魚群の誘導を行うことができるので、消費電力量に対する集魚及び誘導効果がきわめて高い。このように、本実施形態では、高機動性の小型のドローン２０を用いて漁業支援システムを構築しているため、漁業の省力化及び効率化が図ることができる。

次に、本発明の漁業支援システムの他の実施形態について説明する。本実施形態は、ドローンが集魚及び魚群の誘導処理を行わない際に自船の集魚灯の光量をモニタするものである。本実施形態における漁業支援システムの全体構成、並びに漁船側及びドローン側の電気的構成は図１及び図２に示した構成と同様である。

また、漁船１０に搭載された漁船側制御装置１１の動作は、図３のステップＳ１において、初期設定の内容に、光量モニタにおける最大円周半径を設定することを含める点を除いて、図３の制御動作の場合と全く同様である。

次に、図１２を用いてドローン２０に搭載されたドローン側制御装置２１の動作を説明する。

システムが起動されると、漁船１０から送信された初期設定の内容が受信され（図１２のステップＳ４１）、デジタルコンピュータ２１ａ内のメモリに記憶される。

次いで、漁船１０側から離陸指示があったか否かが判別される（ステップＳ４２）。離陸指示有りと判別された場合（ＹＥＳの場合）のみ、離陸動作を行う（ステップＳ４３）。

次いで、光量のモニタ処理を行うか否かが判別される（ステップＳ４４）。光量のモニタ処理ではないと判別された場合（ＮＯの場合）、図４ａのステップＳ１４へ進み、以降は前述した実施形態の場合と同様の処理を行って集魚及び魚群誘導処理を行う。

光量のモニタ処理であると判別された場合（ＹＥＳの場合）、漁船１０を中心にした半径１０ｍの円周に沿ってドローン２０を周回飛行させ、自船の集魚灯の光量を光量計２８で順次測定し（ステップＳ４５）、測定した光量を表すデータをそのときのドローン２０の円周の位置情報と共に漁船１０の漁船側制御装置１１へ送信する（ステップＳ４６）。

次いで、周回する円周の半径を１０ｍ増大させ（ステップＳ４７）、最大半径の円周まで周回して光量測定をしたか否かが判別される（ステップＳ４８）。この場合の最大半径は集魚灯の最大照射距離に相当する例えば９００ｍに設定される。この最大半径の円周まで周回して光量測定をしていないと判別された場合（ＮＯの場合）、ステップＳ４５へ戻って以降の処理が実行される。最大半径の円周まで周回して光量測定をしたと判別された場合（ＹＥＳの場合）、図４ｂのステップＳ２８へ進み、ドローン２０が漁船１０に着陸して、この漁業支援システムの処理が終了する。

以上の光量モニタ処理により、漁船１０を中心として半径１０ｍから半径９００ｍまでの１０ｍおきの半径の円周上における集魚灯光量が検出され、検出された光量データがその円周の位置と共に漁船１０の漁船側制御装置１１へ送信される。漁船側制御装置１１では、受信した円周ごとの光量データを補間処理し、ディスプレイ部１１ｂに光量分布を表示する。これにより、自船の周囲における集魚に効果的な光量分布を知ることができる。

本実施形態のその他の構成、動作及び作用効果は、図１〜図１１の実施形態の場合と全く同様である。

なお、上述した実施形態では、漁船１０及びドローン２０間の距離が所定値を超えたと判別した際にドローン２０の強制的な帰巣を行うように構成されているが、漁船１０がモニタするドローン２０からの無線信号強度が所定値未満、例えば−５０ｄＢｍ未満と判別した際にドローン２０の強制的な帰巣を行うように構成しても良い。

また、上述した実施形態において、漁船１０はサンマ漁を行う漁船であるとしたが、サンマ以外の魚、例えばカツオ、サバ、イワシ、その他の浮魚の漁を行う漁船であっても良い。

以上述べた実施形態は全て本発明を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明は他の種々の変形態様及び変更態様で実施することができる。従って本発明の範囲は特許請求の範囲及びその均等範囲によってのみ規定されるものである。

１０ 漁船
１１ 漁船側制御装置
１１ａ、２１ａ デジタルコンピュータ
１１ｂ ディスプレイ部
１１ｃ 操作部
１２ 漁船側無線送受信装置
１２ａ、２２ａ 無線部
１２ｂ、２２ｂ アンテナ
１３、２７ ＧＰＳ装置
２０ ドローン
２１ ドローン側制御装置
２２ ドローン側無線送受信装置
２３ 可視光デジタルカメラ
２４ 高分解能放射計
２５ 海色センサ
２６ 光照射装置
２８ 光量計
７０ トランセクト航路
７１ トランセクト開始点
７２ トランセクト終了点

Claims (7)

1. 漁船に搭載された漁船側制御装置と、前記漁船に搭載された漁船側無線送受信装置と、前記漁船に搭載されており該漁船の位置を把握して前記漁船側制御装置に入力する漁船位置把握装置と、無人航空機に搭載された航空機側制御装置と、前記無人航空機に搭載されており前記漁船側無線送受信装置との間で前記漁船の位置データを含むデータの送受を行う航空機側無線送受信装置と、前記無人航空機に搭載されており該無人航空機の位置を把握して前記航空機側制御装置に入力する航空機位置把握装置と、前記無人航空機に搭載されており光を照射する光照射装置と、前記無人航空機に搭載されており水面を撮影し得られた画像データを前記航空機側制御装置に入力する撮像装置とを備えており、前記航空機側制御装置は、前記撮像装置から得た画像データから魚群を検出し、該検出した魚群に対して前記光照射装置から光を照射した状態で前記無人航空機を移動させることにより、該魚群を前記漁船の方向へ誘導するように構成されていることを特徴とする無人航空機を用いた漁業支援システム。
2. 前記航空機側制御装置は、魚群の重心点の位置と前記無人航空機の位置との距離が所定範囲内に収まるように前記無人航空機の移動速度を設定するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の無人航空機を用いた漁業支援システム。
3. 前記航空機側制御装置は、前記魚群の密度及び面積を検出し、該検出した密度及び面積が高魚群密度及び狭魚群面積である場合は該魚群に誘導効果の高い光を照射して前記漁船の方向に誘導し、該検出した密度及び面積が低魚群密度及び広魚群面積である場合は該魚群に集魚効果の高い光を照射して該魚群を高密度となるように集めた後、該魚群に誘導効果の高い光を照射して前記漁船の方向に誘導するように構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の無人航空機を用いた漁業支援システム。
4. 前記誘導効果の高い光が１２０度以上の配光角度を有する広角の光であることを特徴とする請求項３に記載の無人航空機を用いた漁業支援システム。
5. 前記集魚効果の高い光が１２０度未満の配光角度を有する狭角の光であることを特徴とする請求項３に記載の無人航空機を用いた漁業支援システム。
6. 前記光照射装置がＬＥＤ光源装置を含んでいることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の無人航空機を用いた漁業支援システム。
7. 集魚及び魚群の誘導作業を実施していない場合に、前記航空機側制御装置は、前記無人航空機を前記漁船の周囲を周回するように飛行させ、該漁船の集魚灯の光量を検出するように構成されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の無人航空機を用いた漁業支援システム。

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