JP2019156078A - 自律航行型海洋ブイとこれを用いた海洋情報システム - Google Patents
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例えば特許文献1に開示されている自律型海洋観測装置は、推進力を波の力のみから得ている。フロートが波を乗り越える際に生じる海面の上下動を海中の水中グライダーに伝える。そして上下動に合わせて水中グライダーのウイングの角度を変化させることで、推進力を得ている。この自律型海洋観測装置は気象計と波浪計を備え、気象と海象を観測している。
即ち、第1の本発明の自律航行型海洋ブイは、GPS信号と内部センサーの情報と海図情報とに基づいて海洋上で自律的に目的地までの航行と定位置の保持を行うように構成された自律航行型海洋ブイであって、浮体からなるブイ本体とGPS信号と内部センサーの情報を受信する検知部と、海上を探査する海上探査部と、海中を探査する海中探査部と、検知部より検出されたブイ本体の位置情報と海図情報に基づいて設定された目標ルートに沿ってブイ本体の航行計画を作成する判断部と、ブイ本体を推進させる推進部と、判断部により生成された航行計画に従ってブイ本体が航行するように推進部の駆動制御を行う航行制御部と、自然エネルギーで発電する発電部と、発電部で発電された電気を貯蔵しブイ本体内の必要部へ電気を供給する蓄電部と、外部との通信を行う通信部と、を備え、設定された海上位置まで自律航行を行う自律航行モードと、設定された海上位置で自律的に定位置を保持する定位置モードと、を有することを特徴とする。
推進部は、ブイ本体の航行方向を制御するための舵や可動翼の機構を動作させる操舵用モータとブイ本体を推進させるためのスクリューやウォータージェットを駆動させる推進駆動源を備える。推進駆動源はモータ又は燃料エンジンである。
そして海上探査部と海中探査部が捉えた情報は通信部を経由して外部に送信される。
第2の本発明の自律航行型海洋ブイは、これらの情報を受信すると自身から遭難位置までの航行ルートを作成して、外部からの指令を待たずに自律的に遭難位置まで遭難者の救援に向かう。通信部ではAIS(船舶自動識別装置)も搭載し、遭難船からの識別符号、船名、位置、針路、船速、行き先などの船舶固有のデータを受信できる。海難事故の多発地点に第2の本発明の自律航行型海洋ブイを複数配置すると効果がある。
また、本発明の自律型海洋ブイを必要エリアに複数基配置することで、そのエリアの監視網、観測網、海難救助網、無線通信網の構築が可能となる。
添付図面において、図1〜図3は本発明の第1の実施例(以下「実施例1」という。)に係る自律航行型海洋ブイを示すものであって、図1は実施例1の斜視図、図2は実施例1の操舵原理を説明するための図、図3は実施例1の定位置の保持原理を説明するための図である。
図1を参照すると、実施例1は浮体からなるブイ本体2が大きさの異なる半割卵を接合した形態で形成されている。ブイ本体2の浮力は半割卵形状の上部と下部の接合部が海面より上の位置に保持されるように設計される。遭難者はこの接合部の上に搭乗して、ブイ本体2の上部後方に設けられた避難室入口4から内部の避難室に入ることができる。海上の外部先頭に通信部70、略半球状のブイ本体上部に太陽光発電パネル64、ブイ本体2の天井部に海上探査部20と検知部10を備える。そして略半球状のブイ本体上部の後方に避難室入口4を備える。避難室に避難した遭難者は透明窓6から海上を眺めることができる。また、ブイ本体2の上部には通信部70、太陽光発電パネル64、検知部10、海上探査部20が設けられている。通信部70には必要とされる電波の送受信器が装備される。
定常時(イ)においては、左可動翼502、右可動翼504、前可動翼506、後可動翼508は垂直方向を向いている。実施例1の定位置の保持原理については後述する。直進時(ロ)は、右可動翼504と左可動翼502を水平にする。これにより海水の抵抗を最小にして目的地まで航行する。左折時(ハ)は、右可動翼504を水平方向に、左可動翼502を垂直方向に向ける。そうすると自律航行型海洋ブイ1の左側の海水の抵抗が増加して、自律航行型海洋ブイ1は左折する。右折時(二)も左折時(ハ)と方向が異なるが、原理は同様である。
これは自律航行型海洋ブイ1の現在位置が定位置よりも僅かに後方にずれているときに自律的に位置修正を行う原理を示している。
次に図4を参照して本発明の第2の実施例(以下「実施例2」という。)を説明する。図4は、実施例2の自動航行型海洋ブイの全体構成を示すブロック図である。実施例2の外形は前述の実施例1と同様であるから省略するが、実施例1に加えて威嚇部15を備える。
ここでは、実施例2の全体構成を説明する。実施例2の自動航行型海洋ブイは、図4に示すように遭難者からの遭難信号を受信する緊急信号部72と、GPS信号受信器12と内部センサー14とを装備して自身の位置情報を取得する検知部10と、海上探査部20又は海中探査部30が検知した侵入者に対してスピーカ17と灯光器19を用いて威嚇動作を行う威嚇部15と、海流データ・電子海図データ・海底地形データ等を記憶した海図情報40と、通信部70と、風向風速82・日射83・相対湿度84・気温85・雨量86・気圧87の計測を行う気象観測部80と、海上カメラ22とレーダー24とで海上の状態を監査する海上探査部20と、波高92・水温94・流向96・流速98の計測を行う海象観測部90と、海中カメラ32とソナー34とで海中を監視する海中探査部30と、検知部10より検出されたブイ本体の位置情報と海図情報40に基づいて設定された目標ルートに沿ってブイ本体の航行計画を作成する判断部50と、判断部50により生成された航行計画に従ってブイ本体が航行するように推進部54の駆動制御を行う航行制御部52と、航行制御部52の指令によって操舵用モータ56と推進駆動源58によりブイ本体を推進させる推進部54と、自然エネルギーで発電をする発電部60と余剰な電気エネルギーを蓄え発電部を補足する蓄電部62とから構成されている。そしてこれらの各部は情報伝送路で結ばれており、また発電部60と蓄電部62とから必要な電力が供給されている。さらに海中探査部は海底地下に存在する海底熱水鉱床やコバルトリッチクラスト等の多様な海洋鉱物資源を探査できる重力計(図示省略)と磁力計(図示省略)を備えることもある。
次に図5を参照して本発明の第3の実施例(以下「実施例3」という。)の制御の流れを説明する。
図5は、実施例3の自動航行型海洋ブイの制御フローを示す図である。実施例3は第3の本発明の自律航行型海洋ブイの実施例である。
ステップ100で制御を開始すると、先ずステップ102で遠隔制御モードか否かの判定を行う。遠隔制御モードであれば実施例3の自動航行型海洋ブイは外部の所定の箇所から遠隔制御される。遠隔制御モードでなければ実施例3の自動航行型海洋ブイはステップ104でローカル制御モードにて制御を開始する。
ステップ314で現在位置と目的地との距離が許容距離よりも小さければステップ310に戻り、定位置モードの処理を繰り返す。
以上が自律航行モードと定位置モードの制御の流れの説明である。
最後に図6と図7を参照して、本発明の第4の実施例である海洋情報システム(以下「実施例4」という。)の説明をする。図6は、自動航行型海洋ブイを日本の排他的経済水域内に格子状に複数基配置した状態を示す図、図7は海洋情報システムとしての自動航行型海洋ブイの救援動作を説明するための図である。
さらに遭難事故の規模により、救援に向かう自律航行型海洋ブイの基数を増加させる必要があるときは、所定の箇所から遠隔制御にて必要基数の自律航行型海洋ブイのモードを救援モードに切り替えることができ、救援モードに切り替えられた自律航行型海洋ブイは遭難位置に向かって航行を開始する。他のモードよりも遠隔制御モードが優先されるからである。
また、同様に陸上の大災害時に本発明の自律航行型海洋ブイを沿岸に集めることで、被災者の避難場所として使用することもできる。
加えて、海上と海中の探査部を利用して遭難船及び遭難者並びに漂流物の捜索を行うこともできる。
1A〜1H 格子状に配置された自律航行型海洋ブイ
2 ブイ本体
4 避難室入口
6 透明窓
10 検知部
12 GPS信号受信器
14 内部センサー
15 威嚇部
17 スピーカ
19 灯光器
20 海上探査部
22 海上カメラ
24 レーダー
30 海中探査部
32 海中カメラ
34 ソナー
40 海図情報
42 監視カメラ
50 判断部
52 航行制御部
54 推進部
56 操舵用モータ
58 推進駆動源
60 発電部
62 蓄電部
64 太陽光発電パネル
70 通信部
72 緊急信号部
80 気象観測部
82 風向・風速
83 日射
84 相対温度
85 気温
86 雨量
87 気圧
90 海象観測部
92 波高
94 水温
96 流向
98 流速
502 左可動翼(第2の可動翼)
504 右可動翼(第1の可動翼)
506 前可動翼(第3の可動翼)
508 後可動翼(第4の可動翼)
510 可動翼支持部
600 排他的経済水域
700 救援設定距離
710 遭難船
720 遭難信号
900 波のあるときの海面
902 波のないときの海面
Claims (10)
- GPS信号と内部センサーの情報と海図情報とに基づいて海洋上で自律的に目的地までの航行と定位置の保持を行うように構成された自律航行型海洋ブイであって、
浮体からなるブイ本体と、
GPS信号と内部センサーの情報を受信する検知部と、
海上を探査する海上探査部と、
海中を探査する海中探査部と、
検知部より検出されたブイ本体の位置情報と海図情報に基づいて設定された目標ルートに沿ってブイ本体の航行計画を作成する判断部と、
ブイ本体を推進させる推進部と、
判断部により生成された航行計画に従ってブイ本体が航行するように推進部の駆動制御を行う航行制御部と、
自然エネルギーで発電する発電部と、
発電部で発電された電気を貯蔵しブイ本体内の必要部へ電気を供給する蓄電部と、
外部との通信を行う通信部と、
を備え、
設定された海上位置まで自律航行を行う自律航行モードと、
設定された海上位置で自律的に定位置を保持する定位置モードと、
を有することを特徴とする自律航行型海洋ブイ。 - GPS信号と内部センサーの情報と海図情報とに基づいて海洋上で自律的に目的地までの航行と定位置の保持を行うように構成された自律航行型海洋ブイであって、
浮体からなるブイ本体と、
GPS信号と内部センサーの情報を受信する検知部と、
海上を探査する海上探査部と、
海中を探査する海中探査部と、
検知部より検出されたブイ本体の位置情報と海図情報に基づいて設定された目標ルートに沿ってブイ本体の航行計画を作成する判断部と、
ブイ本体を推進させる推進部と、
判断部により生成された航行計画に従ってブイ本体が航行するように推進部の駆動制御を行う航行制御部と、
自然エネルギーで発電する発電部と、
発電部で発電された電気を貯蔵しブイ本体内の必要部へ電気を供給する蓄電部と、
外部との通信を行う通信部と、
遭難信号を受信して遭難信号の発信位置を特定する緊急信号部と、
遭難者が外部から避難するための避難室と、
を備え、
設定された海上位置まで自律航行を行う自律航行モードと、
設定された海上位置で自律的に定位置を保持する定位置モードと、
遭難信号を受信したときに海上の遭難信号の発信位置まで自律航行を行う救援モードと、
外部から遠隔制御される遠隔制御モードと、
を有することを特徴とする自律航行型海洋ブイ。 - 前記緊急信号部が遭難信号を受信すれば、遭難信号の発信位置から所定の距離内にあることを条件として自律的に遭難信号の発信位置まで救助に向かうことを特徴とする請求項2に記載の自律航行型海洋ブイ。
- 前記ブイ本体の海中に位置する外部に回転軸を中心に回転可能な略薄板状の複数の可動翼が設けられ、
前記回転軸の少なくとも一つがブイ本体の進行方向と同一方向を有し、
前記航行制御部が前記複数の可動翼の回転角を制御することで、
波によるブイ本体の上下運動により前記ブイ本体を定位置に保持することを特徴とする
請求項1〜3のいずれか1項に記載の自律航行型海洋ブイ。 - 前記ブイ本体の進行方向に直交する回転軸を中心に前記ブイ本体の右側に回転可能に設けられた略薄板状の第1の可動翼と、
前記ブイ本体の進行方向に直交する回転軸を中心に前記ブイ本体の左側に回転可能に設けられた略薄板状の第2の可動翼と、
前記ブイ本体の進行方向に並行する回転軸を中心に前記ブイ本体の前側に回転可能に設けられた略薄板状の第3の可動翼と、
前記ブイ本体の進行方向に並行する回転軸を中心に前記ブイ本体の前側に回転可能に設けられた略薄板状の第4の可動翼と、
を有することを特徴とする請求項3に記載の自律航行型海洋ブイ。 - 気象を観測する気象観測部と海象を観測する海象観測部を備えたことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の自律航行型海洋ブイ。
- 前記海上探査部又は前記海中探査部が一定のエリア内に侵入した移動物体を検知したときに外部の所定の箇所に通報を行うことを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の自律航行型海洋ブイ。
- 威嚇部を備え、前記海上探査部又は前記海中探査部が一定のエリア内に侵入した移動物体を検知したときに自動的に外部の所定の箇所に通報を行うとともに前記威嚇部が威嚇動作を行うことを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の自律航行型海洋ブイ。
- 前記無線通信部が無線の中継基地局としての機能を有することを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の自律航行型海洋ブイ。
- 請求項1〜9のいずれか1項に記載の自律航行型海洋ブイ複数基を一定水域内に格子状に配置したことを特徴とする海洋情報システム。
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