JP2018036055A - Gravity measurement device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gravity measurement device that allows a gravity measurement in the water bottom to be stably executed without persons and ropes.SOLUTION: A gravity measurement device, which can autonomously navigate and hover underwater, and grounds the water bottom to measure gravity, comprises: a gravity measurement unit that measures the gravity; a propulsion force generation unit that generates propulsion force so that the gravity measurement device is movable underwater; a laser that irradiates the water bottom with laser light; a camera that photographs the water bottom irradiated with the laser light by the laser; a water bottom shape acquisition unit that acquires a shape of the three-dimensional water bottom on the basis of the image photographed by the camera; a grounding position decision unit that decides a grounding target position of the gravity measurement device on the basis of the shape of the water bottom acquired by the water bottom shape acquisition unit; a grounding control unit that controls the propulsion force generation unit so as to reach the grounding target position decided by the grounding position decision unit, and makes the gravity measurement device ground at the grounding target position; and a posture sensor that detects a change in posture of the gravity measurement device.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、重力測定装置に関し、詳しくは、例えば海底において重力を測定する重力測定装置に関する。   The present invention relates to a gravity measuring device, and more particularly to a gravity measuring device that measures gravity on the seabed, for example.

重力は、測定地点から地球の中心までの距離や地下の密度構造などに応じて、その大きさがわずかながら異なることが知られている。これを利用し、重力を測定することによって地下密度構造を調査することが知られている。   It is known that gravity varies slightly depending on the distance from the measurement point to the center of the earth and the density structure of the underground. It is known to investigate the underground density structure by using this and measuring gravity.

特許文献1に記載の発明では、ヘリコプターのような航行体に重力計を搭載し、航行体によって飛行しながら重力を測定する重力測定装置を開示している。   The invention described in Patent Document 1 discloses a gravity measuring device in which a gravimeter is mounted on a navigation body such as a helicopter and the gravity is measured while flying with the navigation body.

特開2002−40155号公報JP 2002-40155 A

特許文献1に記載の重力測定装置では、DGPSによって現在位置を測定し、飛行しながら重力測定を行うことを可能としている。しかしながら、この重力測定装置では、重力計を搭載した航行体によって飛行するものであるため、例えば海底や湖底や川底といった水底における重力測定には適さないという問題があった。   In the gravity measuring device described in Patent Literature 1, the current position is measured by DGPS, and gravity measurement can be performed while flying. However, since this gravity measurement apparatus flies by a navigation body equipped with a gravimeter, there is a problem that it is not suitable for gravity measurement on the bottom of the sea such as the sea bottom, lake bottom or river bottom.

例えば海底において重力を測定することにより、海底の地下の鉱床などを高い精度で探査することができ、海底資源の発見に寄与することができるため、海底における重力測定が重要であると考えられる。   For example, by measuring gravity at the bottom of the sea, it is possible to explore the underground deposits at the bottom of the sea with high accuracy and contribute to the discovery of seabed resources.

本発明は、水底における重力測定を無人無索で安定して実行可能な重力測定装置を提供することを目的とする。   An object of this invention is to provide the gravity measuring apparatus which can perform the gravity measurement in a water bottom stably without an unmanned search.

本発明は上記の目的を達成するために、水中を自律航行およびホバリング可能であり、水底に着底して重力を測定する重力測定装置であって、重力を測定する重力測定部と、前記重力測定装置が水中移動可能なように推進力を発生する推進力発生部と、水底にレーザ光を照射するレーザと、前記レーザによりレーザ光を照射した水底を撮影するカメラと、前記カメラにより撮影した画像に基づいて三次元の水底形状を取得する水底形状取得部と、前記水底形状取得部により取得した水底形状に基づいて前記重力測定装置の着底目標位置を決定する着底位置決定部と、前記着底位置決定部により決定した着底目標位置に到達するよう前記推進力発生部を制御し、前記重力測定装置を該着底目標位置に着底させる着底制御部と、前記重力測定装置の姿勢の変動を検出する姿勢センサと、を備えた、ことを特徴とする。   In order to achieve the above-mentioned object, the present invention is a gravity measuring device capable of autonomous navigation and hovering in water and measuring gravity by landing on the bottom of the water, the gravity measuring unit for measuring gravity, and the gravity Photographed by the propulsion generating unit that generates a propulsive force so that the measuring device can move in water, a laser that irradiates the bottom of the laser with laser light, a camera that shoots the bottom of the water irradiated with laser light by the laser, and the camera A bottom shape acquisition unit that acquires a three-dimensional bottom shape based on an image; and a bottom position determination unit that determines a bottom target position of the gravity measuring device based on the bottom shape acquired by the bottom shape acquisition unit; A bottoming control unit for controlling the propulsive force generating unit to reach the bottoming target position determined by the bottoming position determining unit and bottoming the gravity measuring device to the bottoming target position; and the gravity measuring device An attitude sensor for detecting variations in attitude, with a, characterized in that.

また本発明は、水中を自律航行およびホバリング可能であり、水底に着底して重力を測定する重力測定装置であって、重力を測定する重力測定部と、前記重力測定装置が水中移動可能なように推進力を発生する推進力発生部と、水底地形を計測するソーナーと、前記ソーナーによる計測結果に基づいて三次元の水底形状を取得する水底形状取得部と、前記水底形状取得部により取得した水底形状に基づいて前記重力測定装置の着底目標位置を決定する着底位置決定部と、前記着底位置決定部により決定した着底目標位置に到達するよう前記推進力発生部を制御し、前記重力測定装置を該着底目標位置に着底させる着底制御部と、前記重力測定装置の姿勢の変動を検出する姿勢センサと、を備えた、ことを特徴とする。   Further, the present invention is a gravity measuring device capable of autonomous navigation and hovering in the water and measuring gravity by landing on the bottom of the water, the gravity measuring unit for measuring gravity, and the gravity measuring device being movable in water Obtained by the propulsive force generating unit that generates the propulsive force, the sonar that measures the water bottom topography, the water bottom shape obtaining unit that obtains the three-dimensional water bottom shape based on the measurement result by the sonar, and the water bottom shape obtaining unit A bottom position determining unit that determines a target bottom position of the gravity measuring device based on the shape of the bottom, and the propulsive force generation unit is controlled to reach the target bottom position determined by the bottom position determining unit. And a bottoming control unit that bottoms the gravity measuring device at the bottoming target position, and a posture sensor that detects a change in posture of the gravity measuring device.

本発明によれば、水底における重力測定を無人無索で安定して実行可能な重力測定装置を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the gravity measuring apparatus which can perform the gravity measurement in a water bottom stably without an unmanned can be provided.

本発明の一実施形態に係る重力測定装置の左側面図である。It is a left view of the gravity measuring apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 図1に示した重力測定装置の正面図である。It is a front view of the gravity measuring apparatus shown in FIG. 図1に示した重力測定装置の底面図である。It is a bottom view of the gravity measuring apparatus shown in FIG. 図1に示した重力測定装置の概略ブロック図である。It is a schematic block diagram of the gravity measuring apparatus shown in FIG. 図1に示した重力測定装置の動作の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of operation | movement of the gravity measuring apparatus shown in FIG. 図1に示した重力測定装置の動作の一例を説明する図である。It is a figure explaining an example of operation | movement of the gravity measuring apparatus shown in FIG.

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本発明の一実施形態に係る重力測定装置の左側面図であり、図2は、図1に示した重力測定装置の正面図であり、図3は、図1に示した重力測定装置の底面図である。   1 is a left side view of a gravity measuring device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a front view of the gravity measuring device shown in FIG. 1, and FIG. 3 is a gravity shown in FIG. It is a bottom view of a measuring device.

本実施形態の重力測定装置100は、主に、各種制御基板等を収容したメイン容器6と、重力測定装置100を動作させる電源であるバッテリ115(図4参照)を収容したバッテリ容器7と、重力測定を行う重力計111(図4参照)を収容した球形容器10と、を有して構成される。重力測定装置100は、詳しくは後述するが水中を航行可能に構成され、水底に着底して重力計111により重力測定を行う。なお、重力測定装置100は、海底、湖底、川底などの水底に着底して重力を測定可能であるが、以下では、海底に着底する場合の例について説明を行う。メイン容器6、バッテリ容器7および球形容器10は内部に海水が進入しないように防水加工がされ、また、水圧に耐えられるよう耐圧加工がされている。   The gravity measuring apparatus 100 of the present embodiment mainly includes a main container 6 that houses various control boards and the like, a battery container 7 that houses a battery 115 (see FIG. 4) that is a power source for operating the gravity measuring apparatus 100, and And a spherical container 10 containing a gravimeter 111 (see FIG. 4) for measuring gravity. Although described in detail later, the gravity measuring device 100 is configured to be capable of navigating in water, and reaches the bottom of the water and performs gravity measurement with the gravimeter 111. The gravity measuring device 100 can measure gravity by landing on the bottom of a seabed, a lake bottom, a riverbed, or the like. Hereinafter, an example of landing on the seabed will be described. The main container 6, the battery container 7, and the spherical container 10 are waterproofed so that seawater does not enter the interior, and are pressure-resistant processed to withstand water pressure.

重力計111は、球形容器10に収容され、例えば、不図示のジンバル機構によって水平が保持されるように構成されている。重力計111の水平が保持されることで、重力計111が測定する重力が鉛直方向の重力であることが担保される。なお、重力計111はジンバル機構に支持されているが、完全に水平が維持できない場合やその他の外因がある場合には、重力計111による測定結果をそれに応じて補正する構成としてもよい。   The gravimeter 111 is accommodated in the spherical container 10 and is configured to be kept horizontal by a gimbal mechanism (not shown), for example. By maintaining the level of the gravimeter 111, it is ensured that the gravity measured by the gravimeter 111 is vertical gravity. The gravimeter 111 is supported by the gimbal mechanism. However, when the level cannot be maintained completely or when there is another external factor, the measurement result by the gravimeter 111 may be corrected accordingly.

重力計111を収容した球形容器10は、荷受け台であるスキッド11に固定され、重力測定装置100の下部中央に設けられる。また、重力測定装置100の下部には、バラストリリーサ110、ドップラ式対地速度計12、CTD15、を設けている。なお、CTD15は、周囲の海水の電気伝導度(Conductivity)(=塩分)、温度(Temperature)、深度(Depth)を測る装置であり、このCTD15で測定したCTDデータから、海水の密度と正確な深度を計算で求めることができる。このCTDデータを用いることで、重力計111で測定した重力の補正を精密に行うことができる。このCTDデータは例えば測定時刻とともにCTD15の内部に保存される。   The spherical container 10 containing the gravimeter 111 is fixed to the skid 11 which is a load receiving table, and is provided at the lower center of the gravity measuring device 100. In addition, a ballast releaser 110, a Doppler ground speedometer 12, and a CTD 15 are provided at the lower part of the gravity measuring apparatus 100. The CTD 15 is a device that measures electrical conductivity (conductivity) (= salinity), temperature (Temperature), and depth (Depth) of the surrounding seawater. From the CTD data measured by the CTD15, the density and accurate of the seawater are measured. Depth can be calculated. By using this CTD data, the gravity measured by the gravimeter 111 can be corrected accurately. The CTD data is stored in the CTD 15 together with the measurement time, for example.

重力測定装置100の上部には、無線LANアンテナ1を設けており、この無線LANアンテナ1を介し、メイン容器6内の無線LAN通信装置103(図4参照)によって外部と無線LANによるデータ通信を実行可能である。   A wireless LAN antenna 1 is provided on the upper part of the gravity measuring device 100, and data communication via the wireless LAN is performed with the wireless LAN communication device 103 (see FIG. 4) in the main container 6 via the wireless LAN antenna 1. It is feasible.

また、重力測定装置100の上部には、無線LANアンテナ1と隣接してGPSアンテナ2を設けており、このGPSアンテナ2を介してメイン容器6内のGPS装置105(図4参照)が、不図示のGPS衛星からのGPS信号を受信することにより、水面での重力測定装置100の位置を特定可能にしている。   In addition, a GPS antenna 2 is provided adjacent to the wireless LAN antenna 1 on the upper part of the gravity measuring device 100, and the GPS device 105 (see FIG. 4) in the main container 6 is not connected via the GPS antenna 2. By receiving GPS signals from the GPS satellites shown, the position of the gravity measuring device 100 on the water surface can be specified.

さらに、重力測定装置100の上部中央には、音響によりデータ通信を可能とするメイン容器6内の音響測位通信装置104(図4参照)で用いる一本の送信アンテナ3および4本の受信アンテナ4を設けている。重力測定装置100が海上にある場合には、無線LAN通信装置103によって、例えば海上の船などの外部と通信が可能である。しかし、重力測定装置100が海中に潜ると、無線LAN通信装置103による通信は困難になる。そこで本実施形態では、重力測定装置100に音響測位通信装置104を設け、これにより海中の重力測定装置100と例えば海上の船などの外部とで通信可能にしている。   Furthermore, in the center of the upper part of the gravity measuring device 100, one transmitting antenna 3 and four receiving antennas 4 used in the acoustic positioning communication device 104 (see FIG. 4) in the main container 6 that enables data communication by sound. Is provided. When the gravity measuring apparatus 100 is on the sea, the wireless LAN communication apparatus 103 can communicate with the outside such as a ship on the sea. However, when the gravity measuring device 100 is submerged in the sea, communication by the wireless LAN communication device 103 becomes difficult. Therefore, in the present embodiment, the acoustic measurement communication device 104 is provided in the gravity measurement device 100 so that the gravity measurement device 100 in the sea can communicate with the outside such as a ship on the sea.

重力測定装置100は、重力測定装置100が海中で移動可能なように推進力を発生させるスラスタ108(図4参照)を設けている。本実施形態のスラスタ108は、プロペラ状の部材であって、前後方向の推進力を発生させる二つのサージスラスタ5aと、左右方向の推進力を発生させる一つのスウェイスラスタ5bと、上下方向の推進力を発生させる二つのヒーブスラスタ5cと、を有する。これら二つのサージスラスタ5a、一つのスウェイスラスタ5bおよび二つのヒーブスラスタ5cのプロペラの回転開始、回転停止、回転方向および回転速度を切り替えることによって、重力測定装置100を自在に移動させることが可能である。   The gravity measuring device 100 is provided with a thruster 108 (see FIG. 4) that generates a propulsive force so that the gravity measuring device 100 can move in the sea. The thruster 108 of this embodiment is a propeller-like member, and includes two surge thrusters 5a that generate a propulsive force in the front-rear direction, one swath thruster 5b that generates a propulsive force in the left-right direction, and propulsion in the vertical direction. Two heave thrusters 5c for generating force. By switching the rotation start, rotation stop, rotation direction and rotation speed of the propellers of these two surge thrusters 5a, one sway thruster 5b and two heave thrusters 5c, the gravity measuring device 100 can be moved freely. is there.

重力測定装置100においてメイン容器6の周囲には浮力材13を設けている。また、重力測定装置100には不図示のバラスト(浮力のバランスを取るための重り)を設けており、スラスタ108をすべて停止させた場合には、重力測定装置100は着底した状態となる。また、バラストリリーサ110(図4参照)によってバラストをリリース(投棄)すると、重力測定装置100は浮力材13の浮力によって海面に浮き上がる。   In the gravity measuring device 100, a buoyancy material 13 is provided around the main container 6. Further, the gravity measuring device 100 is provided with a ballast (not shown) (weight for balancing buoyancy), and when all the thrusters 108 are stopped, the gravity measuring device 100 is in a bottomed state. Further, when the ballast is released (discarded) by the ballast trimmer 110 (see FIG. 4), the gravity measuring device 100 floats on the sea surface due to the buoyancy of the buoyancy material 13.

重力測定装置100のバッテリ容器7の下部には、海底にレーザ光を照射可能なレーザ8を設けており、重力測定装置100の底面には、レーザ8でレーザ光を照射した海底を撮影可能なカメラ14を設けている。レーザ8からは線状のレーザ光を海底に照射し、その画像をカメラ14で撮影し、例えば光切断法により、海底の三次元形状を取得することができる。本実施形態では光切断法によって海底の三次元形状を取得するようにしているが本発明はこれに限られるものではなく、既知の如何なる手法を用いるものであってもよい。   A laser 8 capable of irradiating the bottom of the sea with laser light is provided at the bottom of the battery container 7 of the gravity measuring device 100, and the bottom of the gravity measuring device 100 can photograph the sea bottom irradiated with laser light with the laser 8. A camera 14 is provided. The laser 8 irradiates a linear laser beam onto the seabed, and an image thereof is taken by the camera 14, and a three-dimensional shape of the seabed can be obtained by, for example, a light cutting method. In the present embodiment, the three-dimensional shape of the seabed is obtained by the light cutting method, but the present invention is not limited to this, and any known method may be used.

図4は、図1に示した重力測定装置の概略ブロック図である。   FIG. 4 is a schematic block diagram of the gravity measuring apparatus shown in FIG.

図4の制御装置101は、例えば、CPU、MPUと呼ばれる演算装置から成り、メイン容器6に収容される。重力測定装置100の動作制御は、この制御装置101によって行われる。記憶装置102は、RAM、ROMといった記憶装置であり、不揮発性記憶装置を含み、重力測定装置100を動作させるために制御装置101で実行するプログラムや、各種データを記憶する。記憶装置102には、GPS装置105によって取得した時刻や位置に対応づけて各種測定データを記憶しておくものであってもよい。また、制御装置101は、不図示の時計を有するものであってもよく、海中のためGPS装置105によって時刻が得られない場合には、この制御装置101の時計によって取得した時刻に対応づけて各種測定データを記憶装置102に記憶しておくものであってもよい。また、不図示のステーションを海底に予め設置しておくことにより、音響測位通信装置104を用いて、そのステーションに対する重力測定装置100の相対位置を取得することができる。海中のためGPS装置105によって位置が得られない場合には、この音響測位通信装置104によって得た相対位置を、時刻や各種測定データに対応づけて記憶装置102に記憶しておくものであってもよい。   The control device 101 in FIG. 4 includes, for example, a calculation device called a CPU or MPU and is accommodated in the main container 6. The operation control of the gravity measuring device 100 is performed by the control device 101. The storage device 102 is a storage device such as a RAM or a ROM, and includes a nonvolatile storage device, and stores a program executed by the control device 101 for operating the gravity measuring device 100 and various data. The storage device 102 may store various measurement data in association with the time and position acquired by the GPS device 105. Further, the control device 101 may have a clock (not shown). When the time cannot be obtained by the GPS device 105 because it is underwater, the control device 101 is associated with the time acquired by the clock of the control device 101. Various measurement data may be stored in the storage device 102. In addition, by installing a station (not shown) on the seabed in advance, the relative position of the gravity measuring device 100 with respect to the station can be acquired using the acoustic positioning communication device 104. When the position cannot be obtained by the GPS device 105 because it is underwater, the relative position obtained by the acoustic positioning communication device 104 is stored in the storage device 102 in association with the time and various measurement data. Also good.

制御装置101は、記憶装置102に予め記憶されたプログラムにより動作し、重力測定装置100の各部の制御を行う。また、制御装置101は、無線LAN通信装置103や音響測位通信装置104を介して得た動作指示により遠隔操作により、重力測定装置100の各部の制御を行うこともできる。   The control device 101 operates according to a program stored in advance in the storage device 102 and controls each part of the gravity measuring device 100. The control device 101 can also control each unit of the gravity measurement device 100 by remote operation according to an operation instruction obtained via the wireless LAN communication device 103 or the acoustic positioning communication device 104.

カメラ106は、図3に示したカメラ14を含み、不図示の他のカメラ(例えば、海底を撮影する他のカメラ、重力測定装置100の周囲を撮影する他のカメラ)を含むものであってもよい。カメラ106は、制御装置101からの指示で撮影を行い、撮影した画像(あるいは映像)を制御装置101に送り、これを受けた制御装置101は記憶装置102に記憶する。   The camera 106 includes the camera 14 shown in FIG. 3, and includes other cameras (not shown) (for example, other cameras for photographing the seabed, other cameras for photographing the periphery of the gravity measuring device 100). Also good. The camera 106 captures an image according to an instruction from the control device 101, sends the captured image (or video) to the control device 101, and the control device 101 that receives the image stores the image in the storage device 102.

レーザ107は、図1に示したレーザ8を含み、不図示の他のレーザ(例えば、レーザ8とは異なるレーザ)を含むものであってもよい。レーザ107は、制御装置101からの指示でレーザ光の照射を行う。   The laser 107 includes the laser 8 shown in FIG. 1 and may include another laser (not shown) (for example, a laser different from the laser 8). The laser 107 irradiates laser light according to an instruction from the control device 101.

カメラ106およびレーザ107は、代わりに不図示のソーナーであってもよい。   The camera 106 and the laser 107 may instead be a sonar (not shown).

スラスタ108は、制御装置101からの指示でプロペラの回転開始、回転停止、回転方向、回転速度の切り替えを行う。なお、本実施形態では、サージスラスタ5a、スウェイスラスタ5b、ヒーブスラスタ5cのそれぞれの向きは固定であるが、制御装置101からの指示で任意の向きに変えることができるようにしてもよい。   The thruster 108 switches the propeller rotation start, rotation stop, rotation direction, and rotation speed according to an instruction from the control device 101. In this embodiment, the directions of the surge thruster 5a, sway thruster 5b, and heave thruster 5c are fixed, but they may be changed to arbitrary directions according to instructions from the control device 101.

センサ109は、対地速度を計測するドップラ式対地速度計(Doppler Velocity Log, DVL)12、方位角速度を計る光ファイバジャイロ(Fiber Optic Gyro, FOG)(不図示)、水深を測る圧力計(不図示)、流速計(不図示)、姿勢センサ(不図示)等を含み、制御装置101からの指示で動作し、計測結果、検知結果を制御装置101に送信する。なお、姿勢センサおよびDVLには磁気コンパスを付属している。また、光ファイバジャイロと姿勢センサを慣性航法装置(Inertial Navigation System,INS)に換装することで、より高精度の位置・姿勢データを得ることができる。また、センサ109としては、この他、障害物探知用にスキャニングソーナー(不図示)を搭載し、さらに、実海域での運用時には、安全対策としてフラッシャ(不図示)とトランスポンダ(不図示)を装備する。   The sensor 109 includes a Doppler type ground speed meter (DVL) 12 that measures ground speed, a fiber optic gyro (FOG) that measures azimuth speed (not shown), and a pressure gauge that measures water depth (not shown). ), An anemometer (not shown), an attitude sensor (not shown), and the like, operate according to instructions from the control device 101, and transmit measurement results and detection results to the control device 101. Note that a magnetic compass is attached to the attitude sensor and the DVL. Further, by replacing the optical fiber gyroscope and the attitude sensor with an inertial navigation system (Internal Navigation System, INS), more accurate position / attitude data can be obtained. In addition, the sensor 109 is equipped with a scanning sonar (not shown) for obstacle detection, and further equipped with a flasher (not shown) and a transponder (not shown) as safety measures when operating in the actual sea area. To do.

バラストリリーサ110は、制御装置101からの指示で上述のバラストをリリース(投棄)する。   The ballast trilator 110 releases (discards) the ballast described above in response to an instruction from the control device 101.

重力計111は、常に重力を測定し、測定結果を記憶装置112に送信する。なお、記憶装置112は、制御装置101からの指示で、重力の測定結果の記憶を開始し、測定結果の記憶を停止するものであってもよいし、記憶装置112に予め記憶してあるプログラムに応じて重力の測定結果の記憶を行うものであってもよいし、測定結果を制御装置101に送信するものであってもよいし、測定時のエラーやその他の動作状況を制御装置101に送信するものであってもよい。記憶装置112は、例えばデータロガーと呼ばれる装置である。   The gravimeter 111 always measures gravity and transmits the measurement result to the storage device 112. The storage device 112 may start the storage of the gravity measurement result and stop the storage of the measurement result in response to an instruction from the control device 101, or may be a program stored in advance in the storage device 112. The measurement result of gravity may be stored in accordance with the measurement result, the measurement result may be transmitted to the control device 101, and errors and other operating conditions during measurement may be stored in the control device 101. You may transmit. The storage device 112 is a device called a data logger, for example.

バッテリ115は、重力測定装置100の各構成に電源を供給する。ただし、重力計111と記憶装置112には常時通電が必要(例えば、重力計111は周辺温度を一定に保った環境で測定する必要があり、重力計111を収容する恒温槽のために常時通電が必要である。)なため専用のバッテリ113から電源を供給する。重力計111と記憶装置112とバッテリ113とで重力測定部114を構成する。   The battery 115 supplies power to each component of the gravity measuring device 100. However, the gravimeter 111 and the storage device 112 need to be constantly energized (for example, the gravimeter 111 needs to be measured in an environment where the ambient temperature is kept constant, and is always energized for the thermostatic chamber that houses the gravimeter 111. Therefore, power is supplied from a dedicated battery 113. The gravity meter 111, the storage device 112, and the battery 113 constitute a gravity measuring unit 114.

図5は、図1に示した重力測定装置の動作の一例を示すフローチャートである。   FIG. 5 is a flowchart showing an example of the operation of the gravity measuring apparatus shown in FIG.

まず、重力測定装置100を船などに載せて海上を進み、重力測定を実施する地域まで海上を運び、重力測定装置100を海面に降ろす。なお、重力測定装置100は、スラスタ108を駆動することで海中を自律航行およびホバリング可能であり、重力測定装置100の自重と浮力材13と上述のバラストとの浮力バランスにより、スラスタ108を停止した状態では、海底で安定するように、マイナス浮力となるよう構成されている。なお、本発明はこれに限られるものではなく、中性浮力とし、着底時にはヒーブスラスタ5cにより下向きの推力を継続させるようにしてもよいし、例えば浮力調整装置(不図示)により浮力を調整してもよい。   First, the gravity measuring device 100 is placed on a ship or the like, proceeds on the sea, is carried to the area where gravity measurement is performed, and the gravity measuring device 100 is lowered to the sea surface. The gravity measuring device 100 can autonomously sail and hover in the sea by driving the thruster 108, and the thruster 108 is stopped due to the buoyancy balance between the weight of the gravity measuring device 100, the buoyant material 13 and the above-described ballast. In the state, it is configured to have negative buoyancy so as to be stable on the seabed. Note that the present invention is not limited to this, and neutral buoyancy may be used, and downward thrust may be continued by the heave thruster 5c at the time of bottoming. For example, buoyancy may be adjusted by a buoyancy adjustment device (not shown). May be.

その後、例えば、重力測定装置100が海上にある場合は船上の操作者が不図示の端末装置等を操作して、無線LANアンテナ1および無線LAN通信装置103を介して重力測定装置100の遠隔操作を行い、図5の処理の実行を指示する。これを受けた重力測定装置100では、記憶装置102に予め記憶してあるプログラムが制御装置101で実行され、図5のフローチャートに示す処理が自動で実行される。また、重力測定装置100が海中にある場合には音響測位通信装置104を介しての遠隔操作も可能である。   Thereafter, for example, when the gravity measuring device 100 is on the sea, an operator on the ship operates a terminal device (not shown) and the like, and remotely operates the gravity measuring device 100 via the wireless LAN antenna 1 and the wireless LAN communication device 103. To instruct execution of the processing of FIG. In response to this, in the gravity measuring device 100, the program stored in advance in the storage device 102 is executed by the control device 101, and the processing shown in the flowchart of FIG. 5 is automatically executed. Further, when the gravity measuring device 100 is in the sea, remote operation via the acoustic positioning communication device 104 is also possible.

制御装置101は、センサ109による計測結果、検知結果に基づき、また、音響測位通信装置104による測位結果に基づき、また、カメラ106で撮影した海底画像を分析し、重力測定装置100が海底付近まで潜航し、予め定めた着底エリアに到達するよう、スラスタ108を駆動する(ステップS−0、S−1)。着底エリアは、一つまたは複数を記憶装置102に予め記憶しておき、各着底エリアのうちの一を選択し、後述するようにそれぞれの着底エリアで順に重力の測定を行う。   The control device 101 analyzes the sea bottom image captured by the camera 106 based on the measurement result and detection result of the sensor 109, and based on the positioning result of the acoustic positioning communication device 104. The thruster 108 is driven so as to dive and reach a predetermined landing area (steps S-0 and S-1). One or more bottoming areas are stored in advance in the storage device 102, one of the bottoming areas is selected, and gravity is sequentially measured in each bottoming area as will be described later.

続いて、重力測定装置100が着底エリアに到達したならば、制御装置101は、レーザ8でライン状のレーザ光を海底に照射するとともに、そのレーザ光を照射した海底をカメラ14で撮影し、その撮影画像を用いて、例えば光切断法により海底の三次元形状を取得する(ステップS−2)。なお、レーザ8およびカメラ14の代わりにソーナーを設けた構成の場合には、このステップS−2では、ソーナーによって海底地形を計測し、ソーナーによる計測結果に基づいて三次元の海底形状を取得するようにしてもよい。   Subsequently, when the gravity measuring device 100 reaches the landing area, the control device 101 irradiates the sea bottom with a line-shaped laser beam with the laser 8 and also images the sea bottom irradiated with the laser beam with the camera 14. Using the captured image, a three-dimensional shape of the seabed is obtained by, for example, a light cutting method (step S-2). In the case where a sonar is provided instead of the laser 8 and the camera 14, in step S-2, the seabed topography is measured by the sonar, and a three-dimensional seabed shape is acquired based on the measurement result by the sonar. You may do it.

続いて、制御装置101では、ステップS−2で取得した海底の三次元形状を参照し、着底地点すなわち着底目標位置を決定する(ステップS−3)。この着底目標位置としては、海底のうち凹凸が少なく、且つ傾斜の小さい(できるだけ水平に近い角度の)重力測定装置100が着底可能な位置を選択し、決定する。   Subsequently, the control device 101 refers to the three-dimensional shape of the seabed acquired in step S-2, and determines the landing point, that is, the landing target position (step S-3). As the bottoming target position, a position where the gravity measuring device 100 having a small unevenness and a small inclination (an angle as close to the horizontal as possible) can be settled is selected and determined.

着底目標位置を決定したならば、制御装置101では、スラスタ108を駆動し、重力測定装置100をその着底目標位置に着底させる(ステップS−4)。例えば、重力測定装置100は海底面に対して静止した状態でセンサ109の流速計により流向を計測し、流れに正対する方位を向く。その方位を維持したまま、例えばセンサ109のドップラ式対地速度計12により海底からの高度と対地速度を計測しながら、ヒーブスラスタ5cの推力を下げることでまっすぐ降下し、そのまま着底する。着底完了したならば、スラスタ108(すなわちサージスラスタ5a、スウェイスラスタ5b、ヒーブスラスタ5cの全てのスラスタ)を停止する。   If the bottoming target position is determined, the control device 101 drives the thruster 108 to bottom the gravity measuring device 100 at the bottoming target position (step S-4). For example, the gravity measuring apparatus 100 measures the flow direction with the velocimeter of the sensor 109 in a state of being stationary with respect to the sea bottom, and faces the direction directly opposite the flow. While maintaining the azimuth, for example, while measuring the altitude and the ground speed from the seabed by the Doppler type ground speedometer 12 of the sensor 109, the thrust of the Heave thruster 5c is lowered, and the ground is landed as it is. When the bottoming is completed, the thruster 108 (that is, all thrusters of the surge thruster 5a, the sway thruster 5b, and the heave thruster 5c) is stopped.

その後、制御装置101では、センサ109の姿勢センサにより、一定時間(例えば、数秒から数分)重力測定装置100の姿勢を監視し(ステップS−5)、姿勢の変動がない場合(ステップS−5:Yes)には、そのまま着底を継続し、重力計111による重力測定を実行する(ステップS−6)。測定結果は、記憶装置102や112に記憶される。   Thereafter, the control device 101 monitors the posture of the gravity measuring device 100 by a posture sensor of the sensor 109 for a certain time (for example, several seconds to several minutes) (step S-5), and when there is no change in posture (step S-). 5: Yes), the bottoming is continued as it is, and the gravity measurement by the gravimeter 111 is executed (step S-6). The measurement result is stored in the storage device 102 or 112.

ステップS−5で姿勢の変動がある場合(ステップS−5:No)には、ステップS−1に戻り、着底目標位置の選定からやり直す。   If there is a change in posture in Step S-5 (Step S-5: No), the process returns to Step S-1 and starts again from the selection of the bottom target position.

ステップS−6で重力測定を終了したならば、記憶装置102に予め記憶してある全ての着底エリアでの重力測定が完了したかを判断し(ステップS−7)、完了していなければ(ステップS−7:No)、ステップS−1に戻り、新たな着底エリアでの重力測定を実施する。完了したならば(ステップS−7:Yes)、ステップS−8に進み、海面に浮上する。このとき、制御装置101では、スラスタを駆動するとともに、バラストリリーサ110によってバラストをリリースして浮力を上昇させプラス浮力とすることで、浮上速度を速めることができる。   If gravity measurement is completed in step S-6, it is determined whether gravity measurement has been completed in all landing areas stored in advance in the storage device 102 (step S-7). (Step S-7: No), returning to Step S-1, the gravity measurement in the new landing area is performed. If completed (step S-7: Yes), the process proceeds to step S-8 and ascends to the sea surface. At this time, the control apparatus 101 can drive the thruster and release the ballast by the ballast trimmer 110 to increase the buoyancy and to increase the buoyancy, thereby increasing the ascent speed.

図6は、図1に示した重力測定装置の動作の一例を説明する図である。この図6の例では、重力測定装置100が、A地点、B地点、C地点およびD地点で重力測定を行う場合を示している。   FIG. 6 is a diagram for explaining an example of the operation of the gravity measuring apparatus shown in FIG. The example of FIG. 6 shows a case where the gravity measuring device 100 performs gravity measurement at the points A, B, C, and D.

この例では、重力測定装置100は、まずA地点で図5のステップS−1〜S−7の処理を実行し、続いてB地点で図5のステップS−1〜S−7の処理を実行し、続いてC地点で図5のステップS−1〜S−7の処理を実行し、続いてD地点で図5のステップS−1〜S−7の処理を実行し、最後に、閉塞測定として、A地点(起点)に戻り、A地点で図5のステップS−1〜S−7の処理を実行し、その後、図5のステップS−8の処理で海面に浮上する。   In this example, the gravity measuring apparatus 100 first executes the processes of steps S-1 to S-7 in FIG. 5 at point A, and then performs the processes of steps S-1 to S-7 in FIG. 5, subsequently, the process of steps S-1 to S-7 in FIG. 5 is executed at the point C, the process of steps S-1 to S-7 in FIG. 5 is subsequently executed at the point D, and finally, As blockage measurement, it returns to A point (starting point), performs the process of step S-1 to S-7 of FIG. 5 at A point, and then floats to the sea surface by the process of step S-8 of FIG.

A〜D地点での重力測定の結果を比較すると、AおよびD地点での重力よりも、BおよびC地点での重力が大きく、B地点からC地点に亘り周囲と比較して高密度な物質(例えば熱水鉱床等)が存在することが考えられる。   Comparing the results of gravity measurements at points A to D, the gravity at points B and C is greater than the gravity at points A and D, and the material is denser than the surroundings from point B to point C. (For example, hydrothermal deposits) may exist.

本実施形態によれば、海底の三次元形状を取得し、この海底の三次元形状に基づいて着底目標位置を決定することで、重力測定装置の安全且つ安定な着底を可能とし、海底での重力測定を可能とすることができる。   According to the present embodiment, by obtaining the three-dimensional shape of the seabed and determining the landing target position based on the three-dimensional shape of the seabed, the gravity measuring device can be safely and stably settled. Gravity measurement at can be made possible.

また本実施形態によれば、海底で重力測定を実施することができ、空中、海上、海中で測定する場合と比べて高い精度で重力を測定することができる。   Further, according to the present embodiment, gravity measurement can be performed on the seabed, and gravity can be measured with higher accuracy than in the case of measurement in the air, on the sea, and in the sea.

また本実施形態によれば、記憶装置102に予め記憶してあるプログラムによって動作し、一連の重力測定処理を実行することができるので、例えば、海上の船と有線で繋いだ状態にする必要がなく、より深い海底での重力測定も可能である。   In addition, according to the present embodiment, it is possible to execute a series of gravity measurement processes by operating according to a program stored in advance in the storage device 102. For example, it is necessary to be connected to a marine ship by wire. In addition, it is possible to measure gravity at deeper seabed.

<付記1>
なお、本発明は、
1.
水中を自律航行およびホバリング可能であり、水底に着底して重力を測定する重力測定装置(例えば、重力測定装置100)であって、
重力を測定する重力測定部(例えば、重力測定部114)と、
前記重力測定装置が水中移動可能なように推進力を発生する推進力発生部(例えば、スラスタ108)と、
水底にレーザ光を照射するレーザ(例えば、レーザ107)と、
前記レーザによりレーザ光を照射した水底を撮影するカメラ(例えば、カメラ106)と、
前記カメラにより撮影した画像に基づいて三次元の水底形状を取得する水底形状取得部(例えば、制御装置101)と、
前記水底形状取得部により取得した水底形状に基づいて前記重力測定装置の着底目標位置を決定する着底位置決定部(例えば、制御装置101)と、
前記着底位置決定部により決定した着底目標位置に到達するよう前記推進力発生部を制御し、前記重力測定装置を該着底目標位置に着底させる着底制御部(例えば、制御装置101)と、
前記重力測定装置の姿勢の変動を検出する姿勢センサ(例えば、センサ109に含まれる姿勢センサ)と、
を備えた、
ことを特徴とする重力測定装置、としたので、
・水底における重力測定を無人無索で安定して実行可能な重力測定装置を提供することができる。
<Appendix 1>
In the present invention,
1.
A gravity measuring device (for example, the gravity measuring device 100) that is capable of autonomous navigation and hovering in the water and that measures gravity by landing on the bottom of the water,
A gravity measurement unit (for example, a gravity measurement unit 114) that measures gravity;
A propulsive force generator (e.g., thruster 108) that generates a propulsive force so that the gravity measuring device can move in water;
A laser that irradiates the bottom of the laser with laser light (for example, laser 107);
A camera (e.g., camera 106) that captures the bottom of the water irradiated with laser light from the laser;
A water bottom shape acquisition unit (for example, the control device 101) that acquires a three-dimensional water bottom shape based on an image captured by the camera;
A bottom position determination unit (for example, the control device 101) that determines a bottom target position of the gravity measuring device based on the bottom shape acquired by the bottom shape acquisition unit;
A bottoming control unit (for example, the control device 101) that controls the propulsive force generation unit to reach the bottoming target position determined by the bottoming position determination unit and bottoms the gravity measuring device at the bottoming target position. )When,
A posture sensor (for example, a posture sensor included in the sensor 109) for detecting a change in posture of the gravity measuring device;
With
Because it is a gravity measuring device, characterized by
It is possible to provide a gravity measuring device capable of performing unsteady and stable gravity measurement at the bottom of the water.

また本発明は、
2.
水中を自律航行およびホバリング可能であり、水底に着底して重力を測定する重力測定装置であって、
重力を測定する重力測定部と、
前記重力測定装置が水中移動可能なように推進力を発生する推進力発生部と、
水底地形を計測するソーナーと、
前記ソーナーによる計測結果に基づいて三次元の水底形状を取得する水底形状取得部と、
前記水底形状取得部により取得した水底形状に基づいて前記重力測定装置の着底目標位置を決定する着底位置決定部と、
前記着底位置決定部により決定した着底目標位置に到達するよう前記推進力発生部を制御し、前記重力測定装置を該着底目標位置に着底させる着底制御部と、
前記重力測定装置の姿勢の変動を検出する姿勢センサと、
を備えた、
ことを特徴とする重力測定装置、としたので、
・水底における重力測定を無人無索で安定して実行可能な重力測定装置を提供することができる。
The present invention also provides
2.
A gravity measuring device capable of autonomous navigation and hovering in the water, and measuring gravity by landing on the bottom of the water,
A gravity measurement unit for measuring gravity;
A propulsive force generating section for generating a propulsive force so that the gravity measuring device can move underwater;
A sonar that measures underwater topography,
A water bottom shape acquisition unit for acquiring a three-dimensional water bottom shape based on a measurement result by the sonar;
A bottom position determination unit that determines a bottom target position of the gravity measuring device based on the bottom shape acquired by the bottom shape acquisition unit;
A bottoming control unit that controls the propulsive force generation unit to reach the bottoming target position determined by the bottoming position determination unit, and bottoms the gravity measuring device at the bottoming target position;
A posture sensor for detecting a change in posture of the gravity measuring device;
With
Because it is a gravity measuring device, characterized by
It is possible to provide a gravity measuring device capable of performing unsteady and stable gravity measurement at the bottom of the water.

また本発明は、
3.
1.または2.に記載の重力測定装置において、
前記着底位置決定部は、前記重力測定装置が着底した状態で、前記姿勢センサにより検出した姿勢に変動がある場合、着底目標位置を変更し、新たな着底目標位置を決定する、
ことを特徴とする重力測定装置、とした。
The present invention also provides
3.
1. Or 2. In the gravity measuring device described in
The bottoming position determination unit changes the bottoming target position and determines a new bottoming target position when there is a change in the posture detected by the posture sensor in a state where the gravity measuring device is bottomed.
It was set as the gravity measuring device characterized by this.

本発明の態様は、上述した個々の実施例に限定されるものではなく、個々の実施例の各要素のいかなる組合せも本発明に含み、また、当業者が想到しうる種々の変形も含むものであり、本発明の効果も上述した内容に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。   The embodiments of the present invention are not limited to the individual embodiments described above, and any combination of elements of the individual embodiments is included in the present invention, and various modifications that can be conceived by those skilled in the art are also included. Thus, the effects of the present invention are not limited to the above-described contents. That is, various additions, modifications, and partial deletions can be made without departing from the concept and spirit of the present invention derived from the contents defined in the claims and equivalents thereof.

1…無線LANアンテナ、2…GPSアンテナ、3…送信アンテナ、4…受信アンテナ、5a…サージスラスタ、5b…スウェイスラスタ、5c…ヒーブスラスタ、6…メイン容器、7…バッテリ容器、8…レーザ、10…球形容器、11…スキッド、12…ドップラ式対地速度計、13…浮力材、14…カメラ、15…CTD、110…バラストリリーサ   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Wireless LAN antenna, 2 ... GPS antenna, 3 ... Transmission antenna, 4 ... Reception antenna, 5a ... Surge thruster, 5b ... Sway thruster, 5c ... Heave thruster, 6 ... Main container, 7 ... Battery container, 8 ... Laser, DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Spherical container, 11 ... Skid, 12 ... Doppler type ground speedometer, 13 ... Buoyancy material, 14 ... Camera, 15 ... CTD, 110 ... Ballast rillisa

Claims (3)

水中を自律航行およびホバリング可能であり、水底に着底して重力を測定する重力測定装置であって、
重力を測定する重力測定部と、
前記重力測定装置が水中移動可能なように推進力を発生する推進力発生部と、
水底にレーザ光を照射するレーザと、
前記レーザによりレーザ光を照射した水底を撮影するカメラと、
前記カメラにより撮影した画像に基づいて三次元の水底形状を取得する水底形状取得部と、
前記水底形状取得部により取得した水底形状に基づいて前記重力測定装置の着底目標位置を決定する着底位置決定部と、
前記着底位置決定部により決定した着底目標位置に到達するよう前記推進力発生部を制御し、前記重力測定装置を該着底目標位置に着底させる着底制御部と、
前記重力測定装置の姿勢の変動を検出する姿勢センサと、
を備えた、
ことを特徴とする重力測定装置。
A gravity measuring device capable of autonomous navigation and hovering in the water, and measuring gravity by landing on the bottom of the water,
A gravity measurement unit for measuring gravity;
A propulsive force generating section for generating a propulsive force so that the gravity measuring device can move underwater;
A laser that irradiates the bottom of the laser with laser light;
A camera for photographing the bottom of the water irradiated with laser light from the laser;
A water bottom shape acquisition unit for acquiring a three-dimensional water bottom shape based on an image photographed by the camera;
A bottom position determination unit that determines a bottom target position of the gravity measuring device based on the bottom shape acquired by the bottom shape acquisition unit;
A bottoming control unit that controls the propulsive force generation unit to reach the bottoming target position determined by the bottoming position determination unit, and bottoms the gravity measuring device at the bottoming target position;
A posture sensor for detecting a change in posture of the gravity measuring device;
With
Gravity measuring device characterized by that.
水中を自律航行およびホバリング可能であり、水底に着底して重力を測定する重力測定装置であって、
重力を測定する重力測定部と、
前記重力測定装置が水中移動可能なように推進力を発生する推進力発生部と、
水底地形を計測するソーナーと、
前記ソーナーによる計測結果に基づいて三次元の水底形状を取得する水底形状取得部と、
前記水底形状取得部により取得した水底形状に基づいて前記重力測定装置の着底目標位置を決定する着底位置決定部と、
前記着底位置決定部により決定した着底目標位置に到達するよう前記推進力発生部を制御し、前記重力測定装置を該着底目標位置に着底させる着底制御部と、
前記重力測定装置の姿勢の変動を検出する姿勢センサと、
を備えた、
ことを特徴とする重力測定装置。
A gravity measuring device capable of autonomous navigation and hovering in the water, and measuring gravity by landing on the bottom of the water,
A gravity measurement unit for measuring gravity;
A propulsive force generating section for generating a propulsive force so that the gravity measuring device can move underwater;
A sonar that measures underwater topography,
A water bottom shape acquisition unit for acquiring a three-dimensional water bottom shape based on a measurement result by the sonar;
A bottom position determination unit that determines a bottom target position of the gravity measuring device based on the bottom shape acquired by the bottom shape acquisition unit;
A bottoming control unit that controls the propulsive force generation unit to reach the bottoming target position determined by the bottoming position determination unit, and bottoms the gravity measuring device at the bottoming target position;
A posture sensor for detecting a change in posture of the gravity measuring device;
With
Gravity measuring device characterized by that.
請求項1または2に記載の重力測定装置において、
前記着底位置決定部は、前記重力測定装置が着底した状態で、前記姿勢センサにより検出した姿勢に変動がある場合、着底目標位置を変更し、新たな着底目標位置を決定する、
ことを特徴とする重力測定装置。
In the gravity measuring device according to claim 1 or 2,
The bottoming position determination unit changes the bottoming target position and determines a new bottoming target position when there is a change in the posture detected by the posture sensor in a state where the gravity measuring device is bottomed.
Gravity measuring device characterized by that.
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