JP2019158424A - 水底探査システム、水底探査装置、及び水底探査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】送信ループの面積を拡大して電磁探査することが可能な水底探査システム、水底探査装置、及び水底探査方法を提供する。【解決手段】水底探査システム１００は、海中を移動する移動体１０と、海底９０の鉱物資源を探査する電磁探査装置４０と、移動体１０に曳航され、電磁探査装置４０の探査測線Ｌに沿うように移動する曳航体３０と、を備える。電磁探査装置４０は、海底９０に一次磁場を発生させるための送信コイル４４と、送信コイル４４に電流を流す送信機ユニット４２と、送信コイル４４に流れる電流の変化によって発生する電磁誘導に起因する二次磁場の変化に関する情報を受信する受信機４３と、を有する。送信コイル４４は海底面９０ｓにループ状に敷設されており、曳航体３０に取り付けられた受信機４３は、送信コイル４４に対して相対移動しながら情報を受信する。【選択図】図７

Description

本開示は、水底探査システム、水底探査装置、及び水底探査方法に関する。

海底熱水鉱床等の水底の鉱物資源の探査において、電磁探査装置を用いた技術が提案されている。例えば特許文献１には、潜水型移動体と、曳航索を介して当該潜水型移動体に曳航される曳航体と、当該曳航体に配置された電磁探査装置と、を備える水底探査システムが開示されている。当該水底探査システムの電磁探査装置は、送信ループが水底面に対向するように配置された送信コイルと、送信コイルの周囲に配置された受信部とを有する。

特開２０１７−１６１３９０号公報

上記のような水底探査システムにおいては、水底面下の物性をより深い位置まで探査することが望まれている。電磁探査において、探査可能な位置を深くするためには、例えば、ループ状の送信コイルの面積（送信ループの面積）を拡大することが考えられる。

上記特許文献１の水底探査システムにおいては、折り畳み可能な水平翼を曳航体に取り付け固定し、この水平翼の先端側に送信コイル及び受信部（受信コイル）を取り付け固定し、水中で水平翼と共に送信コイル及び受信コイルを展開することで、送信ループの面積の拡大を図っている。しかしながら、このように機械的に送信コイルを展開する構成では、送信ループの面積を拡大しようとすると、必然的に装置構成が大掛かりとなるうえに、当該面積の拡大には限界があった。

本開示は、送信ループの面積を拡大して電磁探査することが可能な水底探査システム、水底探査装置、及び水底探査方法を提供することを目的とする。

本開示に係る水底探査システムは、水中を移動する移動体と、水底の鉱物資源を探査する電磁探査装置と、移動体に曳航され、電磁探査装置の探査測線に沿うように移動する曳航体と、を備え、電磁探査装置は、水底に磁場を発生させるための送信コイルと、送信コイルに電流を流す送信部と、送信コイルに流れる電流の変化によって発生する電磁誘導に起因する磁場の変化に関する情報を受信する受信部と、を有し、送信コイルは水底面にループ状に敷設されており、曳航体に取り付けられた受信部は、送信コイルに対して相対移動しながら情報を受信する。

この水底探査システムによれば、送信コイルが水底面にループ状に敷設されているので、送信ループの面積を拡大することが可能となる。また、この送信コイルが水底面下に電磁誘導を発生させ、当該電磁誘導に起因する磁場の変化に関する情報を受信部が受信することで、水底面下の電気的な性質の変化を検知することが可能となり、海底熱水鉱床等の鉱物資源を探査できる。このとき、受信部は、曳航体と共に送信コイルに対して相対移動しながら磁場の変化に関する情報を受信する。そのため、送信コイルは、曳航体及び受信部から独立したループ状を構成できるので、例えば曳航体に対して送信コイル及び受信部が固定され相対移動できない構成と比較して、送信ループの面積を拡大しやすい。したがって、当該水底探査システムによれば、送信ループの面積を拡大して電磁探査することが可能となる。

上記水底探査システムは、送信コイルを水底面に位置決めする複数の位置決め部を更に備えていてもよい。この場合、複数の位置決め部によって送信コイルが水底面に位置決めされるので、ループ状の送信コイルを容易に構成することができる。

電磁探査装置の探査領域は、ループ状の送信コイルによって囲まれる領域と、当該領域よりも外側の領域とを含んでいてもよい。この水底探査システムにおいては、受信部が送信コイルに対して相対移動しながら磁場の変化に関する情報を受信するので、ループ状の送信コイルによって囲まれる領域の面積よりも広い面積の領域に亘って、水底面下の物性を把握可能である。

本開示に係る水底探査装置は、水中を移動するように構成された移動体と、水底の鉱物資源を探査するように構成された電磁探査装置と、移動体に曳航索を介して連結された曳航体と、操作部と、を備え、電磁探査装置は、水底に磁場を発生させる送信コイルを構成するためのケーブルと、送信コイルに電流を流すように構成された送信部と、送信コイルに流れる電流の変化によって発生した電磁誘導に起因する磁場の変化に関する情報を受信するように構成された受信部と、を有し、操作部は、ケーブルによってループ状の送信コイルを構成するように、ケーブルを水底面に敷設可能に構成され、曳航体に取り付けられた受信部は、送信コイルに対して相対移動しながら情報を受信するように構成されている。

この水底探査装置によれば、操作部によって水底面にケーブルを敷設してループ状の送信コイルを構成できる。したがって、送信ループの面積を拡大することが可能となる。また、この送信コイルが水底面下に電磁誘導を発生させ、当該電磁誘導に起因する磁場の変化に関する情報を受信部が受信することにより、水底面下の電気的な性質の変化の検知が可能となり、海底熱水鉱床等の鉱物資源を探査できる。ここで、受信部は、曳航体と共に送信コイルに対して相対移動しながら磁場の変化に関する情報を受信するように構成されている。そのため、ケーブルは、曳航体及び受信部から独立したループ状の送信コイルを構成できるので、例えば曳航体に対して送信コイル及び受信部が固定され相対移動できない構成と比較して、送信ループの面積をより拡大しやすい。したがって、当該水底探査装置は、送信ループの面積をより拡大して電磁探査を行うのに寄与する。

操作部はマニピュレータを有していてもよい。この場合、マニピュレータによって水底面へのケーブルの敷設操作を効率よく行うことができる。

ケーブルがループ状をなすようにケーブルを水底面に位置決めする複数の位置決め部を更に備え、マニピュレータは、位置決め部を水底面に設置する作業を行えるように構成されていてもよい。この場合、マニピュレータによって、水底面への位置決め部の設置操作を効率よく行うことができると共に、設置された複数の位置決め部によってケーブルを水底面にループ状に位置決めできるので、水底面へのケーブルの敷設操作の効率が一層向上しうる。

ケーブルがループ状をなすようにケーブルを水底面に位置決めする複数の位置決め部と、複数の位置決め部のそれぞれを着脱自在に保持する複数の保持部と、を更に備え、複数の位置決め部のそれぞれは、ケーブルを挿通可能な挿通部を有し、挿通部にケーブルを挿通させた状態で保持部に保持されていてもよい。この場合、保持部による位置決め部の保持状態の解除によって、ケーブルの設置操作を効率よく行うことができる。また、設置された位置決め部の挿通部にケーブルが挿通しているので、水底面へのケーブルの敷設操作の効率を一層向上させることができる。

本開示に係る水底探査方法は、上記のいずれかの水底探査装置を用いて水底の鉱物資源を探査する水底探査方法であって、操作部によってケーブルを水底面に敷設して、水底面にループ状に敷設された送信コイルを構成する工程と、送信部によって送信コイルに断続的に電流を流し、送信コイルを流れる電流の変化によって電磁誘導を発生させる工程と、受信部が取り付けられた曳航体を移動体によって曳航し、曳航体に取り付けられた受信部を送信コイルに対して相対移動しながら、受信部で情報を受信する工程と、を含む。

この水底探査方法によれば、上記のいずれかの水底探査装置を用いて水底の鉱物資源を探査するので、送信ループの面積をより拡大して電磁探査することができる。

水底面にループ状に敷設された送信コイルを構成する工程では、ケーブルがループ状をなすようにケーブルを水底面に位置決めしてもよい。この場合、ケーブルを位置決めすることによって効率よく水底面にケーブルを敷設することができる。

この水底探査方法において、水底探査装置は、ケーブルがループ状をなすようにケーブルを水底面に位置決めする複数の位置決め部を更に備えており、水底面にループ状に敷設された送信コイルを構成する工程では、ケーブルと共に位置決め部を水底面に落下させることにより、ケーブルを水底面に位置決めしてもよい。この場合、位置決め部の設置操作及びケーブルの敷設操作を併行して行うので、一層効率よく水底面にケーブルを敷設することができる。

本開示によれば、送信ループの面積をより拡大して電磁探査することが可能な水底探査システム、水底探査装置、及び水底探査方法を提供することができる。

図１は、本実施形態に係る水底探査装置を示す斜視図である。 図２は、本実施形態に係る水底探査装置を示す側面図である。 図３は、図１の送信機ユニット及びケーブルユニットを示す平面図である。 図４は、図２の領域ＩＶの拡大図であり、（ａ）が斜視図、（ｂ）が側面図である。 図５は、水底探査方法の各工程(位置決め冶具の設置)を模式的に示す平面図である。 図６は、水底探査方法の各工程(ケーブルの敷設)を模式的に示す平面図である。 図７は、水底探査装置が適用される水底探査システムを模式的に示す斜視図である。 図８は、治具支持部及び位置決め治具の変形例を示す図である。

以下、本開示に係る実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。図面においては、同一要素又は同一機能を有する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する場合がある。以下に説明される本開示に係る実施形態は、本発明を説明するための例示であるので、本発明は以下に限定されるべきではない。

［水底探査装置］
図１〜図４を参照し、本実施形態に係る水底探査装置１について説明する。水底探査装置１は、海底熱水鉱床等の水底の鉱物資源を探査する装置である。図１及び図２に示されるように、水底探査装置１は、移動体１０と、移動体１０の下方に取り付けられる格納ユニット２０と、格納ユニット２０に格納される曳航体３０と、格納ユニット２０及び曳航体３０に載置される電磁探査装置４０と、推進方向Ｄ１における水底探査装置１の前側に位置するように格納ユニット２０に取り付けられる操作部５０と、推進方向Ｄ１における格納ユニット２０の後方に位置するように配設される複数の位置決め治具６０（位置決め部）と、を備える。

移動体１０は、水中を移動するように構成されている。移動体１０は、浮力体１１と、本体部１２と、を有する。浮力体１１は、本体部１２の上部に固定されている。本体部１２は、例えばスラスター（不図示）を有している。移動体１０は、このスラスターの駆動により水中において推進方向Ｄ１に推進する。なお、以下では、水底探査装置１の推進方向Ｄ１における前方を「前」、推進方向Ｄ１における後方を「後」とし、「前」及び「後」を用いて各要素の配置を説明する場合がある。

移動体１０は、例えば、ＲＯＶ（遠隔操作無人潜水機：Ｒｅｍｏｔｅｌｙ ｏｐｅｒａｔｅｄ ｖｅｈｉｃｌｅ）である。移動体１０は、水上を走行する母船（不図示）とケーブル等を介してデータ通信可能とされることで、母船からオペレータによって遠隔操作されて推進してもよい。なお、移動体１０は、乗員によって操縦される潜水機等であってもよい。

格納ユニット２０は、移動体１０の下方に配置され、曳航体３０を格納する。例えば格納ユニット２０は、移動体１０に取り付けられている。図１及び図２に示されるように、例えば格納ユニット２０は、複数の連結部材２０ａによって移動体１０に連結されている。格納ユニット２０は、曳航体３０を格納する格納スペースＳを形成する本体部２１と、格納スペースＳに格納された曳航体３０と本体部２１とを連結する連結部２２と、水底探査装置１の前側に位置するように本体部２１に取り付けられる設備支持部２３と、本体部２１の後方に取り付けられる治具支持部２４と、本体部２１の上方において本体部２１と移動体１０との間に配置される曳航索格納部２５と、を有する。

本体部２１は、推進方向Ｄ１を長手方向とする略直方体の格納スペースＳを形成している。本体部２１は、例えばフレーム体であり、格納スペースＳの前後を区画する一対のサイドフレーム２１ａ，２１ｂと、格納スペースＳの上部を区画する接続フレーム２１ｃと、を有する。サイドフレーム２１ａ，２１ｂは、移動体１０の下方において推進方向Ｄ１に互いに対向している。サイドフレーム２１ａは、水底探査装置１の前方側に位置し、サイドフレーム２１ｂは水底探査装置１の後方側に位置している。接続フレーム２１ｃは、サイドフレーム２１ａ，２１ｂの上端部間に架け渡され、サイドフレーム２１ａ，２１ｂの上端部同士を接続している。これにより、本体部２１及びサイドフレーム２１ａ，２１ｂによって囲まれる領域が格納スペースＳとして形成される。

連結部２２は、格納スペースＳに格納された曳航体３０と本体部２１とを連結する。連結部２２は、支持部２２ａと、補助部２２ｂ，２２ｃと、を有する。支持部２２ａは、推進方向Ｄ１における接続フレーム２１ｃの略中央部に取り付けられ、格納スペースＳ内において曳航体３０を吊り下げ支持している。補助部２２ｂ，２２ｃは、それぞれサイドフレーム２１ａ，２１ｂの下端部に取り付けられ、前方又は後方から曳航体３０を支持している。

設備支持部２３は、本体部２１に取り付けられ、電磁探査装置４０の一部（後述するケーブルユニット４１及び送信機ユニット４２）を支持している。設備支持部２３は、例えばサイドフレーム２１ａの前方に配置されている。図３は、図１及び図２の送信機ユニット４２及びケーブルユニット４１を上方からみた平面図であり、紙面右方向が推進方向Ｄ１であることを示している。図３に示されるように、設備支持部２３は、載置台２３ａ，２３ｂを有する。載置台２３ａは、載置板２３ｃを有しており、載置板２３ｃには、ケーブルユニット４１が載置されている。載置台２３ｂは、載置板２３ｄを有しており、載置板２３ｄには、送信機ユニット４２が載置されている。

載置板２３ｃ，２３ｄは、例えばグレーチングにより構成されている。載置板２３ｃ，２３ｄには、その厚さ方向に貫通する多数の孔（不図示）が形成されており、水底探査装置１が潜水する際には当該多数の孔を水が通過することで格納ユニット２０に作用する水圧が低減される。

治具支持部２４は、図１及び図４（ａ）に示されるように、水底探査装置１の後側において複数の位置決め治具６０を支持している。治具支持部２４は、例えばサイドフレーム２１ｂの後方に設けられている。治具支持部２４は、複数の位置決め治具６０を吊り下げ支持する固定ロッド２４ａと、固定ロッド２４ａを支持する横架材２４ｂと、横架材２４ｂをサイドフレーム２１ｂに固定する固定枠２４ｃと、を有する。固定枠２４ｃは、サイドフレーム２１ｂの上端部に取り付けられており、横架材２４ｂは、サイドフレーム２１ｂの上端部に沿うように固定枠２４ｃに固定されている。横架材２４ｂには、その厚み方向（推進方向Ｄ１）に貫通する複数の貫通孔（不図示）が形成されている。固定ロッド２４ａは、当該貫通孔に挿通されることで横架材２４ｂに支持されている。

曳航索格納部２５は、本体部２１と移動体１０との間において、接続フレーム２１ｃに搭載されている。曳航索格納部２５には、曳航体３０を曳航するための曳航索３１が格納されている。曳航索格納部２５は、例えばウインチ（不図示）を内蔵している。曳航索格納部２５は、ウインチに曳航索３１を巻き付けた状態で、曳航索３１を格納している。

曳航体３０は、移動体１０に曳航索３１を介して連結されている。すなわち、曳航索３１の残部側の端部は、曳航体３０に接続されている。曳航体３０は、底板３２と、カバー３３と、曳航部３４と、を有する。底板３２は、例えば矩形状を呈しており、サイドフレーム２１ａの下端部とサイドフレーム２１ｂの下端部とを結ぶ仮想線に沿うように配置されている。底板３２は、例えばグレーチングにより構成されている。底板３２には、その厚さ方向に貫通する多数の孔が形成されており、水底探査装置１が潜水する際には当該多数の孔を水が通過することで曳航体３０に作用する水圧が低減される。

カバー３３は、底板３２の前端部を覆うように、底板３２に取り付けられている。カバー３３は、側面視で、前方に向けて厚みが薄くなるように設けられている。これによって、曳航体３０が推進方向Ｄ１に向けて移動する際に、曳航体３０に作用する水の抵抗が低減される。曳航部３４は、曳航索３１が取り付けられた上板３４ａと、上板３４ａを底板３２に固定する固定部３４ｂと、を有する。これにより、曳航体３０と曳航索３１とが連結される。

電磁探査装置４０は、水底（例えば海底）の鉱物資源を探査するように構成されている。電磁探査装置４０は、図３に示されるように、水底探査装置１の前側において互いに隣り合うように配置されたケーブルユニット４１及び送信機ユニット４２（送信部）と、曳航体３０の底板３２の上面に取り付けられる受信機４３（受信部）とを有する。

ケーブルユニット４１は、図１〜図３に示されるように、ドラム４１ａと、ハンドル４１ｂと、ケーブル４１ｃと、を有する。ドラム４１ａは、ケーブル４１ｃを巻き付けて収納する。ドラム４１ａは、水底探査装置１の前方に突出するようにサイドフレーム２１ａに接続された設備支持部２３の載置板２３ｃに搭載されている。ドラム４１ａは、推進方向Ｄ１に向けてケーブル４１ｃを巻き出し可能となるように、推進方向Ｄ１に交差する回転軸Ａｘまわりに回転可能に配置されている。ハンドル４１ｂは、載置台２３ａにおいて、ドラム４１ａよりも前方に設置されている。ハンドル４１ｂは、例えばチェーンを介してドラム４１ａと回転軸同士が連結されている。ドラム４１ａは、ハンドル４１ｂによって回転させられて、ケーブル４１ｃの巻き出し及び巻き取りを行う。

ケーブル４１ｃは、送信コイル４４（図７参照）を構成するための電線である。ケーブル４１ｃは、水底面（例えば図７に示す海底面９０ｓ）にループ状に敷設されることにより送信コイル４４を構成する。例えばケーブル４１ｃは、絶縁膜（不図示）によって被覆された導体（不図示）によって構成されている。これにより、水中（例えば海中）に送信コイル４４を敷設した際に、送信コイル４４と海水とを確実に絶縁することができる。

送信コイル４４は、電流を流すことによって、水底（例えば図７に示す海底９０）に磁場（以下、「一次磁場」という。）を発生させるように構成されている。送信コイル４４の巻き数は、例えば１回であってもよく、複数回であってもよい。送信コイル４４は、ループ状に海底面９０ｓに敷設された状態で、ループ状の送信コイル４４によって囲まれる部分（以下、「コイル面」という。）が、海底面９０ｓに対向する。具体的には、送信コイル４４は、コイル面の法線方向が海底面９０ｓに存在するように、海底面９０ｓにループ状に敷設されている。なお、ループ状とは、閉じた領域を構成する環状を意味し、例えば矩形環状であってもよく、円環状であってもよく、多角形の輪郭を構成する形状等であってもよい。

図３に戻り、送信機ユニット４２は、送信コイル４４に電流を流すように構成されている。図３に示されるように、送信機ユニット４２は、送信電源４２ａと、制御装置４２ｂと、スイッチ４２ｃと、コネクタ４２ｄと、を有する。送信電源４２ａ、制御装置４２ｂ、及びスイッチ４２ｃは、設備支持部２３の載置板２３ｄに搭載されている。送信電源４２ａは、送信コイル４４に流す電流の供給源である。送信電源４２ａが送信コイル４４に流す電流は、例えば数十アンペア〜数百アンペアであり、探査目的に応じて変更してよい。

制御装置４２ｂは、送信電源４２ａを制御する。例えば制御装置４２ｂは、送信電源４２ａから送信コイル４４に流す電流を変化させるように、送信電源４２ａを制御する。制御装置４２ｂは、例えば、送信コイル４４に電流を流す状態と電流を急激に遮断する状態とを繰り返すように、送信電源４２ａを制御する。送信電源４２ａは、送信コイル４４に流す電流を変化させることによって、海底面９０ｓ下に電磁誘導を発生させる。

図１〜図３に戻り、スイッチ４２ｃは、送信電源４２ａから送信コイル４４に流す電流の制御装置４２ｂの起動及び停止の切り替えを行う。コネクタ４２ｄは、ケーブル４１ｃによって送信コイル４４が構成された際に、当該送信コイル４４と送信電源４２ａとを電気的に接続する。

曳航体３０の底板３２の上面に取り付けられる受信機４３は、磁場の変化に関する情報を受信するように構成されている。受信機４３は、例えば磁場センサである。上述したように、送信電源４２ａが送信コイル４４に流す電流を変化させることで、電磁誘導が発生する。受信機４３は、この電磁誘導による磁場の変化に関する情報を受信する。磁場の変化に関する情報は、磁場の経時的な変化に関する情報であって、例えば磁場の変化量（時間微分値）であってもよく、複数時点における磁場の大きさ自体であってもよい。受信機４３は、図１及び図２に示されるように、曳航体３０の底板３２の上面に取り付けられている。

操作部５０は、水底探査装置１の前側において、格納ユニット２０の本体部２１に接続される。操作部５０は、ケーブル４１ｃによってループ状の送信コイル４４を構成するように、ケーブル４１ｃを水底面（例えば図７に示す海底面９０ｓ）に敷設可能に構成されている。図１及び図２に示されるように、操作部５０は、例えば一対のマニピュレータ５１を有している。各マニピュレータ５１は、例えば、遠隔操作され、海底面９０ｓへケーブル４１ｃの敷設操作と、海底面９０ｓへの位置決め治具６０の設置操作と、スイッチ４２ｃによる制御装置４２ｂの起動及び停止の切り替え操作とを行えるように構成されている。なお、操作部５０は、ドラム４１ａの回転を駆動するモータ等を具備してもよい。

水底探査装置１の後側において、格納ユニット２０の治具支持部２４に取り付けられる複数（例えば４個）の位置決め治具６０は、ケーブル４１ｃがループ状をなすように、ケーブル４１ｃを水底面に位置決めする部材である。図４（ａ）に示されるように、複数の位置決め治具６０は、格納ユニット２０の後方においてサイドフレーム２１ｂに沿って並んでいる。図４（ｂ）に示されるように、位置決め治具６０は、ワイヤ６１と、フロート６２と、錘６３と、フック６４と、を有する。ワイヤ６１は、その上端部において、固定ロッド２４ａに引っ掛けられている。これにより、位置決め治具６０は、固定ロッド２４ａをマニピュレータ５１によって前方に移動させるだけで、治具支持部２４から分離される。

フロート６２は、ワイヤ６１の一方の端部（例えば上端部）に取り付けられている。錘６３は、例えば多数の鉛玉（不図示）と、当該鉛玉を収容した収容袋６３ａとによって構成されている。錘６３は、ワイヤ６１の他方の端部（例えば下端部）に取り付けられている。フック６４は、フロート６２と錘６３との間において、ワイヤ６１に取り付けられている。フック６４は、湾曲部分が上端部側に向かい、先端部分が下端側に向かうように、ワイヤ６１に取り付けられている。これにより、位置決め治具６０は、水中の水底面（例えば海中の海底面９０ｓ）上において、錘６３が下方に位置し且つフロート６２が上方に位置する姿勢を維持するように設置される。このため、ケーブル４１ｃが水底面（例えば海底面９０ｓ）から浮き上がったときに、フック６４にケーブル４１ｃが引っ掛かることとなる。これによって、ケーブル４１ｃのフック６４より上方への更なる移動が規制され、ループ状の送信コイル４４の形状を維持することができる。

［水底探査方法］
次に、図５〜図７を参照し、上述した水底探査装置１を用いて水底の鉱物資源を探査する水底探査方法について説明する。以下では、一例として、海底９０の熱水鉱床を探査する場合について説明する。水底探査方法は、海水中における海底面９０ｓの探査領域から所定の高度まで水底探査装置１を潜水させた状態で行う。水底探査方法は、設置工程、送信工程及び受信工程を含む。

設置工程では、図５（ａ）に示されるように、まず、海底面９０ｓに位置決め治具６０を設置する。具体的には、移動体１０により海底面９０ｓに沿って水底探査装置１を推進方向Ｄ１と逆向きの後退方向Ｄ２に移動させて、送信コイル４４を敷設する位置（例えば矩形環状の敷設位置Ｐ）において、マニピュレータ５１（図１及び図２参照）により位置決め治具６０を設置する。位置決め治具６０は、例えば敷設位置Ｐにおける各コーナー部分Ｃ（例えば３つのコーナー部分Ｃ）に設置する。例えば、各コーナー部分Ｃの上方に水底探査装置１が位置した状態で、位置決め治具６０を治具支持部２４（図１及び図２参照）から分離する。具体的には、マニピュレータ５１によって固定ロッド２４ａ（図２及び図４参照）を把持し、固定ロッド２４ａを前方に移動させる。これにより、位置決め治具６０を海底面９０ｓに落下させることで、マニピュレータ５１による海底面９０ｓへの位置決め治具６０の設置操作を行う。

次に、図５（ｂ）に示されるように、海底面９０ｓに送信機ユニット４２を設置する。例えば、４つのコーナー部分のうちの一つのコーナー部分に、マニピュレータ５１によって送信機ユニット４２を設置してもよい。なお、送信機ユニット４２には、ケーブル４１ｃの一端があらかじめ接続されている。

次に、図５（ｂ）及び図６（ａ）に示されるように、送信機ユニット４２を起点として、移動体１０により海底面９０ｓに沿って水底探査装置１を移動させながら、操作部５０により海底面９０ｓにケーブル４１ｃを敷設して、海底面９０ｓに矩形環状に敷設された送信コイル４４を構成する。具体的には、マニピュレータ５１によってハンドル４１ｂを把持してドラム４１ａを回転させ、ケーブル４１ｃを巻き出しながら、海底面９０ｓにケーブル４１ｃを敷設する。このとき、ケーブル４１ｃが矩形環状をなすように、コーナー部分Ｃの位置決め治具６０によってケーブル４１ｃを位置決めしながら海底面９０ｓに敷設する。具体的には、ケーブル４１ｃがコーナー部分Ｃを敷設位置Ｐの外方から囲むように、海底面９０ｓ上にケーブル４１ｃを配置する。これにより、ケーブル４１ｃの敷設位置Ｐの内側への移動が位置決め治具６０によって規制される。

ケーブル４１ｃの敷設完了後、最後に図６（ｂ）に示されるように、コネクタ４２ｄ（図３参照）を用いて、送信機ユニット４２にケーブル４１ｃの他端を接続する。接続操作は、例えばマニピュレータ５１（図１及び図２参照）によって行う。以上により、設置工程が完了する。

送信工程は、前述の設置工程が完了した後、マニピュレータ５１によってスイッチ４２ｃ(図３参照)を操作し、制御装置４２ｂ（図３参照）を起動させることによって行う。送信工程では、送信機ユニット４２によって送信コイル４４に断続的に電流を流し、送信コイル４４を流れる電流の変化によって電磁誘導を発生させる。

受信工程では、受信機４３が取り付けられた曳航体３０を移動体１０によって曳航し、曳航体３０に取り付けられた受信機４３を送信コイル４４に対して相対移動しながら、受信機４３で情報を受信する（図７参照）。以下、送信工程及び受信工程の詳細について説明する。

まず、送信機ユニット４２において、マニピュレータ５１（図１及び図２参照）によってスイッチ４２ｃ（図３参照）を操作して、制御装置４２ｂ（図３参照）を起動する。制御装置４２ｂは、送信電源４２ａ（図３参照）から送信コイル４４に流す電流を変化させるように送信電源４２ａを制御する。これにより、送信コイル４４のまわりに磁場（一次磁場）が発生すると共に、当該磁場が変化し、海底面９０ｓ下に誘導電流が発生する。誘導電流は、海底面９０ｓ下に拡散していくと共に、電流が流れる位置の媒質の比抵抗に応じて減衰する。このため、この誘導電流によって発生する磁場（以下、「二次磁場」という。）の変化に関する情報を受信機４３によって受信することで、磁場の減衰を磁場の時間変化として検出し、海底９０の媒質の比抵抗を知ることができる。

例えば、海底面９０ｓ下の媒質が高比抵抗の場合（例えば鉱物資源が存在しない場合）は、二次磁場は急速に減衰していくが、低比抵抗の場合（例えば鉱物資源が存在する場合）はゆっくり減衰する。このようにして、海底９０における海底熱水鉱床等の鉱物資源の探査が可能とされる。

本実施形態に係る探査工程では、受信機４３による二次磁場の変化に関する情報の受信を、探査測線Ｌに沿った各測定地点において連続的に行う。具体的には、受信機４３が取り付けられた曳航体３０を移動体１０によって曳航することで探査測線Ｌに沿って曳航体３０を移動させる。そして、曳航体３０に取り付けられた受信機４３を送信コイル４４に対して相対移動しながら、受信機４３で各測定地点における二次磁場の変化に関する情報を受信する。このようにして、海底９０の探査領域におけるすべての測定地点において二次磁場の変化に関する情報を受信する。

［水底探査システム］
次に、図７を参照し、上述した水底探査装置１を用いて設置される水底探査システム１００について説明する。図７に示されるように、水底探査システム１００は、水中（例えば海中）に設置された水底探査装置１を備える。移動体１０は、水中を移動している。電磁探査装置４０は、水底（例えば海底９０）の鉱物資源を探査している。曳航体３０は、移動体１０に曳航され、電磁探査装置４０の探査測線Ｌに沿うように移動している。

電磁探査装置４０の送信コイル４４は、海底面９０ｓにループ状に敷設されている。図７において、曳航体３０に取り付けられた受信機４３は、送信コイル４４に対して相対移動しながら二次磁場の変化に関する情報を受信している。具体的には、受信機４３は、探査測線Ｌ沿いの一つの測定地点における二次磁場の変化に関する情報を受信した後、送信コイル４４に対して相対移動し、探査測線Ｌ沿いの別の一測定地点における当該情報を受信する。

また、複数の位置決め治具６０は、送信コイル４４を海底面９０ｓに位置決めしている。また、図７に示されるように、例えば曳航体３０は、電磁探査装置４０の探査領域となる海底面９０ｓから所定の高度Ｈの位置を探査測線Ｌに沿って移動する。曳航体３０が移動する領域は、ループ状の送信コイル４４によって囲まれる領域と、当該領域よりも外側の領域をと含んでいてもよい。すなわち、電磁探査装置４０によって探査する探査領域は、ループ状の送信コイル４４によって囲まれる領域と、当該領域よりも外側の領域とを含んでいてもよい。

［本実施形態の効果］
本実施形態に係る水底探査システム１００は、海中を移動する移動体１０と、海底９０の鉱物資源を探査する電磁探査装置４０と、移動体１０に曳航され、電磁探査装置４０の探査測線Ｌに沿うように移動する曳航体３０と、を備える。電磁探査装置４０は、海底９０に一次磁場を発生させるための送信コイル４４と、送信コイル４４に電流を流す送信機ユニット４２と、送信コイル４４に流れる電流の変化によって発生する電磁誘導に起因する二次磁場の変化に関する情報を受信する受信機４３と、を有する。送信コイル４４は海底面９０ｓにループ状に敷設されており、曳航体３０に取り付けられた受信機４３は、送信コイル４４に対して相対移動しながら情報を受信する。

この水底探査システム１００によれば、送信コイル４４が海底面９０ｓにループ状に敷設されているので、送信ループの面積を拡大することが可能となる。また、この送信コイル４４が海底面９０ｓ下に電磁誘導を発生させ、当該電磁誘導に起因する二次磁場の変化に関する情報を受信機４３が受信することで、海底面９０ｓ下の電気的な性質の変化を検知することが可能となり、海底熱水鉱床等の鉱物資源を探査できる。このとき、受信機４３は、曳航体３０と共に送信コイル４４に対して相対移動しながら二次磁場の変化に関する情報を受信する。そのため、送信コイル４４は、曳航体３０及び受信機４３から独立したループ状を構成できるので、例えば曳航体３０に対して送信コイル４４及び受信機４３が固定され相対移動できない構成と比較して、送信ループの面積を拡大しやすい。したがって、当該水底探査システム１００によれば、送信ループの面積を拡大して電磁探査することが可能となる。

上記の水底探査システム１００は、送信コイル４４を海底面９０ｓに位置決めする複数の位置決め治具６０を更に備えている。これにより、複数の位置決め治具６０によって送信コイル４４が海底面９０ｓに位置決めされるので、ループ状の送信コイル４４を容易に構成することができる。

探査測線Ｌは、海底９０の探査領域から所定の高度に設定されており、探査領域は、ループ状の送信コイル４４によって囲まれる領域と、当該領域よりも外側の領域とを含んでいる。この水底探査システム１００においては、受信機４３が送信コイル４４に対して相対移動しながら二次磁場の変化に関する情報を受信するので、ループ状の送信コイル４４によって囲まれる領域の面積よりも広い面積の領域に亘って、海底面９０ｓ下の物性を把握可能である。

本実施形態に係る水底探査装置１は、水中（海中）を移動するように構成された移動体１０と、水底（海底９０）の鉱物資源を探査するように構成された電磁探査装置４０と、移動体１０に曳航索３１を介して連結された曳航体３０と、操作部５０と、を備える。電磁探査装置４０は、海底９０に一次磁場を発生させる送信コイル４４を構成するためのケーブル４１ｃと、送信コイル４４に電流を流すように構成された送信機ユニット４２と、送信コイル４４に流れる電流の変化によって発生した電磁誘導に起因する二次磁場の変化に関する情報を受信するように構成された受信機４３と、を有する。操作部５０は、ケーブル４１ｃによってループ状の送信コイル４４を構成するように、ケーブル４１ｃを海底面９０ｓに敷設可能に構成され、曳航体３０に取り付けられた受信機４３は、送信コイル４４に対して相対移動しながら二次磁場の変化に関する情報を受信するように構成されている。

この水底探査装置１によれば、操作部５０によって海底面９０ｓにケーブル４１ｃを敷設してループ状の送信コイル４４を構成できる。したがって、送信ループの面積を拡大することが可能となる。また、この送信コイル４４が海底面９０ｓ下に電磁誘導を発生させ、当該電磁誘導に起因する二次磁場の変化に関する情報を受信機４３が受信することにより、海底面９０ｓ下の電気的な性質の変化の検知が可能となり、海底熱水鉱床等の鉱物資源を探査できる。ここで、受信機４３は、曳航体３０と共に送信コイル４４に対して相対移動しながら二次磁場の変化に関する情報を受信するように構成されている。そのため、ケーブル４１ｃは、曳航体３０及び受信機４３から独立したループ状の送信コイル４４を構成できるので、例えば曳航体３０に対して送信コイル４４及び受信機４３が固定され相対移動できない構成と比較して、送信ループの面積をより拡大しやすい。したがって、当該水底探査装置１は、送信ループの面積をより拡大して電磁探査することができ、海底面９０ｓ下の物性をより深い位置まで把握することに寄与する。

操作部５０はマニピュレータ５１を有している。マニピュレータ５１を有することによって、海底面９０ｓへのケーブル４１ｃの敷設操作を効率よく行うことができる。

ケーブル４１ｃがループ状をなすようにケーブル４１ｃを海底面９０ｓに位置決めする複数の位置決め治具６０を更に備え、マニピュレータ５１は、位置決め治具６０を海底面９０ｓに設置する作業を行えるように構成されていてもよい。この場合、マニピュレータ５１によって、海底面９０ｓへの位置決め治具６０の設置作業を効率よく行うことができると共に、設置された複数の位置決め治具６０によってケーブル４１ｃを海底面９０ｓにループ状に位置決めできるので、海底面９０ｓへのケーブル４１ｃの敷設操作の効率が一層向上しうる。

本実施形態に係る水底探査方法は、上記の水底探査装置１を用いて海底９０の鉱物資源を探査する水底探査方法である。当該水底探査方法は、操作部５０によってケーブル４１ｃを海底面９０ｓに敷設して、海底面９０ｓにループ状に敷設された送信コイル４４を構成する工程と、送信機ユニット４２によって送信コイル４４に断続的に電流を流し、送信コイル４４を流れる電流の変化によって電磁誘導を発生させる工程と、受信機４３が取り付けられた曳航体３０を移動体１０によって曳航し、曳航体３０に取り付けられた受信機４３を送信コイル４４に対して相対移動しながら、受信機４３で磁場の変化に関する情報を受信する工程とを含む。

この水底探査方法によれば、上記の水底探査装置１を用いて水底の鉱物資源を探査するので、送信ループの面積をより拡大して電磁探査することができる。

海底面９０ｓにループ状に敷設された送信コイル４４を構成する工程では、ケーブル４１ｃがループ状をなすようにケーブル４１ｃを海底面９０ｓに位置決めする。この場合、ケーブル４１ｃを位置決めすることによって効率よく海底面９０ｓにケーブル４１ｃを敷設することができる。

［変形例］
以上、本開示に係る実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に何ら限定されるものではない。図８は、治具支持部及び位置決め治具の変形例を示す図であり、図２の領域ＩＶを後方からみたときの図である。図８に示されるように、治具支持部２４は、水底探査装置１の後側（格納ユニット２０の後方）において、送信機ユニット４２及び複数（例えば４個）の位置決め治具６０のそれぞれを着脱自在に保持する複数（例えば５個）の保持機構２４ｄ（保持部）を有していてもよい。複数の保持機構２４ｄは、例えば固定枠２４ｃに取り付けられている。保持機構２４ｄは、各位置決め治具６０を把持するように構成されていてもよく、各位置決め治具６０を吸着するように構成されていてもよい。

各位置決め治具６０は、ワイヤ６１の上端にケーブル４１ｃを挿通可能な吊り輪６５（挿通部）を有している。ケーブル４１ｃは、一端において送信機ユニット４２に接続され、各位置決め治具６０の吊り輪６５に移動自在に挿通されている。すなわち、位置決め治具６０は、ケーブル４１ｃを吊り輪６５に挿通させた状態で保持機構２４ｄに保持されている。当該変形例に係る構成によれば、保持機構２４ｄによる位置決め治具６０の保持状態の解除によって、ケーブル４１ｃの設置操作を効率よく行うことができる。また、設置された位置決め治具６０の吊り輪６５にケーブル４１ｃが挿通しているので、海底面９０ｓへのケーブル４１ｃの敷設操作の効率を一層向上させることができる。

水底探査方法の設置工程においては、位置決め治具６０が設置されていない状態の海底面９０ｓに沿って、ケーブル４１ｃを巻き出しながら水底探査装置１を移動させ、各コーナー部分Ｃにおいて、ケーブル４１ｃと共に位置決め治具６０を海底面９０ｓに落下させることにより、ケーブル４１ｃを海底面９０ｓに位置決めし、送信コイル４４を海底面９０ｓに敷設してもよい。このとき、マニピュレータ５１の操作によって位置決め治具６０を落下させてもよく、保持機構２４ｄによる位置決め治具６０の保持状態の解除によって、位置決め治具６０を落下させてもよい。この水底探査方法によれば、位置決め治具６０の設置操作及びケーブル４１ｃの敷設操作を併行して行うので、一層効率よく海底面９０ｓにケーブル４１ｃを敷設することができる。

１…水底探査装置、１０…移動体、１１…浮力体、１２…本体部、２０…格納ユニット、２０ａ…連結部材、２１…本体部、２１ａ，２１ｂ…サイドフレーム、２１ｃ…接続フレーム、２２…連結部、２２ａ…支持部、２２ｂ，２２ｃ…補助部、２３…設備支持部、２３ａ，２３ｂ…載置台、２３ｃ，２３ｄ…載置板、２４…治具支持部、２４ａ…固定ロッド、２４ｂ…横架材、２４ｃ…固定枠、２４ｄ…保持機構（保持部）、２５…曳航索格納部、３０…曳航体、３１…曳航索、３２…底板、３３…カバー、３４…曳航部、３４ａ…上板、３４ｂ…固定部、４０…電磁探査装置、４１…ケーブルユニット、４１ａ…ドラム、４１ｂ…ハンドル、４１ｃ…ケーブル、４２…送信機ユニット（送信部）、４４…送信コイル、４２ａ…送信電源、４２ｂ…制御装置、４２ｃ…スイッチ、４２ｄ…コネクタ、４３…受信機（受信部）、４４…送信コイル、５０…操作部、５１…マニピュレータ、６０…位置決め治具、６１…ワイヤ、６２…フロート、６３…錘、６３ａ…収容袋、６４…フック、６５…吊り輪（挿通部）、９０…海底（水底）、９０ｓ…海底面（水底面）、１００…水底探査システム、Ｃ…コーナー部分、Ｄ１…推進方向、Ｄ２…後退方向、Ｈ…高度、Ｌ…探査測線、Ｐ…敷設位置、Ｓ…格納スペース。

Claims (10)

1. 水中を移動する移動体と、
   水底の鉱物資源を探査する電磁探査装置と、
   前記移動体に曳航され、前記電磁探査装置の探査測線に沿うように移動する曳航体と、を備え、
   前記電磁探査装置は、
   水底に磁場を発生させるための送信コイルと、
   前記送信コイルに電流を流す送信部と、
   前記送信コイルに流れる電流の変化によって発生する電磁誘導に起因する磁場の変化に関する情報を受信する受信部と、を有し、
   前記送信コイルは水底面にループ状に敷設されており、
   前記曳航体に取り付けられた前記受信部は、前記送信コイルに対して相対移動しながら前記情報を受信する、水底探査システム。
2. 前記送信コイルを前記水底面に位置決めする複数の位置決め部を更に備える、請求項１に記載の水底探査システム。
3. 前記電磁探査装置の探査領域は、ループ状の前記送信コイルによって囲まれる領域と、当該領域よりも外側の領域とを含む、請求項１又は２に記載の水底探査システム。
4. 水中を移動するように構成された移動体と、
   水底の鉱物資源を探査するように構成された電磁探査装置と、
   前記移動体に曳航索を介して連結された曳航体と、
   操作部と、を備え、
   前記電磁探査装置は、
   水底に磁場を発生させる送信コイルを構成するためのケーブルと、
   前記送信コイルに電流を流すように構成された送信部と、
   前記送信コイルに流れる電流の変化によって発生した電磁誘導に起因する磁場の変化に関する情報を受信するように構成された受信部と、を有し、
   前記操作部は、前記ケーブルによってループ状の前記送信コイルを構成するように、前記ケーブルを水底面に敷設可能に構成され、
   前記曳航体に取り付けられた前記受信部は、前記送信コイルに対して相対移動しながら前記情報を受信するように構成されている、水底探査装置。
5. 前記操作部はマニピュレータを有する、請求項４に記載の水底探査装置。
6. 前記ケーブルがループ状をなすように前記ケーブルを前記水底面に位置決めする複数の位置決め部を更に備え、
   前記マニピュレータは、前記位置決め部を前記水底面に設置する作業を行えるように構成されている、請求項５に記載の水底探査装置。
7. 前記ケーブルがループ状をなすように前記ケーブルを前記水底面に位置決めする複数の位置決め部と、
   前記複数の位置決め部のそれぞれを着脱自在に保持する複数の保持部と、を更に備え、
   前記複数の位置決め部のそれぞれは、前記ケーブルを挿通可能な挿通部を有し、前記挿通部に前記ケーブルを挿通させた状態で前記保持部に保持されている、請求項６に記載の水底探査装置。
8. 請求項４〜７のいずれか一項に記載の水底探査装置を用いて水底の鉱物資源を探査する水底探査方法であって、
   前記操作部によって前記ケーブルを前記水底面に敷設して、前記水底面にループ状に敷設された前記送信コイルを構成する工程と、
   前記送信部によって前記送信コイルに断続的に電流を流し、前記送信コイルを流れる電流の変化によって電磁誘導を発生させる工程と、
   前記受信部が取り付けられた前記曳航体を前記移動体によって曳航し、前記曳航体に取り付けられた前記受信部を前記送信コイルに対して相対移動しながら、前記受信部で前記情報を受信する工程と、を含む、水底探査方法。
9. 前記水底面にループ状に敷設された前記送信コイルを構成する工程では、前記ケーブルがループ状をなすように前記ケーブルを前記水底面に位置決めする、請求項８に記載の水底探査方法。
10. 前記水底探査装置は、前記ケーブルがループ状をなすように前記ケーブルを前記水底面に位置決めする複数の位置決め部を更に備えており、
    前記水底面にループ状に敷設された前記送信コイルを構成する工程では、前記ケーブルと共に前記位置決め部を前記水底面に落下させることにより、前記ケーブルを前記水底面に位置決めする、請求項９に記載の水底探査方法。

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