JP2021007325A - 水圏生物間通信装置および水圏生物群行動解析システム - Google Patents

Abstract

【課題】水圏生物の群れ行動の把握に適した水圏生物間通信装置および水圏生物群行動解析システムを提供する。【解決手段】水圏生物に装着される水圏生物間通信装置１０は、送信周期Ｔで自装置の識別情報を含む基準パルスを送信する送信部２１と、他の水圏生物間通信装置から送信され、他の水圏生物間通信装置の識別情報を含む基準パルスを受信する受信部２２と、送信周期Ｔでタイムアウトするタイマーを有し、タイマーがタイムアウトすると送信部２１を制御して基準パルスを送信させる制御部２３と、送信部２１により基準パルスが送信されるたびにその送信時刻情報を記憶し、受信部２２により基準パルスが受信されるたびにその受信時刻情報を記憶する記憶部２４と、外部からトリガーを受けるとタイマーをスタートさせるトリガー信号を制御部２３に出力する同期部２５とを備える。【選択図】図３

Description

本発明は、水圏生物間通信装置および水圏生物群行動解析システムに関し、より詳しくは、魚類等の水圏生物に装着され、水圏生物間で通信を行う水圏生物間通信装置、および当該水圏生物間通信装置を用いて水圏生物群の行動を解析する水圏生物群行動解析システムに関する。

超音波バイオテレメトリーという研究手法が知られている。この研究手法は、小型の超音波発信器（ピンガーなどと呼ばれる。）を魚類等の水圏生物に取り付け、位置等を測定し、水圏生物の行動や生態を調査するというものである。水圏生物の位置測定方式として、従来トランスポンダー方式のほか、同期ピンガー方式が知られている（非特許文献１）。

特許文献１には、複数の超音波発信装置から送信される音響波を、短時間の間に、確実にかつ個別に識別できるようにした水中測位システムが記載されている。この水中測位システムでは、複数の超音波発信装置から送信される音響波は中央測定装置により受信される。

特開２０１１−２５２７４７号公報

論文「ＳＳＢＬ方式とピンガー同期方式を組み合わせたバイオテレメトリー方式の開発」、朴柱三、古澤昌彦著、Ｎｉｐｐｏｎ Ｓｕｉｓａｎ Ｇａｋｋａｉｓｈｉ、７２（６）、１０８２−１０９２（２００６）

本発明は、水圏生物の群れ行動の把握に適した水圏生物間通信装置および水圏生物群行動解析システムを提供する。

本発明に係る水圏生物間通信装置は、
水圏生物に装着される水圏生物間通信装置であって、
所定の送信周期で自装置の識別情報を含む基準パルスを送信する送信部と、
他の水圏生物間通信装置から送信され、前記他の水圏生物間通信装置の識別情報を含む基準パルスを受信する受信部と、
前記所定の送信周期でタイムアウトするタイマーを有し、前記タイマーがタイムアウトすると、前記送信部を制御して基準パルスを送信させる制御部と、
前記送信部により基準パルスが送信されるたびに当該基準パルスの送信時刻情報を記憶し、前記受信部により基準パルスが受信されるたびに当該基準パルスの受信時刻情報を記憶する記憶部と、
外部からトリガーを受けると、前記タイマーをスタートさせるトリガー信号を前記制御部に出力する同期部と、
を備えることを特徴とする。

また、前記水圏生物間通信装置において、
前記同期部は、機械スイッチを含み、前記機械スイッチが押下されると、前記トリガー信号を出力するようにしてもよい。

また、前記水圏生物間通信装置において、
前記同期部は、同期信号源から延出する電気ケーブルに電気的に接続可能なコネクタを含み、前記コネクタが前記同期信号源から出力された電気信号を受信すると、前記トリガー信号を出力するようにしてもよい。

また、前記水圏生物間通信装置において、
前記同期部は、同期光源から放射された電磁波信号を検出する検出器を含み、前記検出器が電磁波信号を検出すると、前記トリガー信号を出力するようにしてもよい。

また、前記水圏生物間通信装置において、
前記検出器は、前記検出器を収容する筒状体を透過した電磁波信号を検出するようにしてもよい。

また、前記水圏生物間通信装置において、
前記制御部は、超音波パルス列の送受信動作を行う動作期間と、前記送受信動作を停止するスリープ期間とが交互に繰り返されるように前記送信部および前記受信部を制御するようにしてもよい。

また、前記水圏生物間通信装置において、
温度センサおよび／または圧力センサを有するセンサ部をさらに備え、
前記記憶部は、前記センサ部で取得されたセンサ情報を記憶するようにしてもよい。

本発明に係る水圏生物群行動解析システムは、
複数の水圏生物を含む水圏生物群の行動を解析するための水圏生物群行動解析システムであって、
前記複数の水圏生物に装着された複数の水圏生物間通信装置と、
前記複数の水圏生物間通信装置のうち少なくとも１つに記憶されたデータに基づいて前記水圏生物群の行動を解析する解析装置と、
を備え、
前記複数の水圏生物間通信装置は、それぞれ、
所定の送信周期で自装置の識別情報を含む基準パルスを送信する送信部と、
他の水圏生物間通信装置から送信され、前記他の水圏生物間通信装置の識別情報を含む基準パルスを受信する受信部と、
前記所定の送信周期でタイムアウトするタイマーを有し、前記タイマーがタイムアウトすると、前記送信部を制御して基準パルスを送信させる制御部と、
前記送信部により基準パルスが送信されるたびに当該基準パルスの送信時刻情報を記憶し、前記受信部により基準パルスが受信されるたびに当該基準パルスの受信時刻情報を記憶する記憶部と、
外部からトリガーを受けると、前記タイマーをスタートさせるトリガー信号を前記制御部に出力する同期部と、
を有する、ことを特徴とする。

また、前記水圏生物群行動解析システムにおいて、
前記解析装置は、前記複数の水圏生物間通信装置のうち少なくとも１つの前記記憶部に記憶された前記送信時刻情報および前記受信時刻情報に基づいて水圏生物間の距離を算出するようにしてもよい。

また、前記水圏生物群行動解析システムにおいて、
前記複数の水圏生物間通信装置は、それぞれ、温度センサおよび／または圧力センサを有するセンサ部をさらに備え、
前記複数の水圏生物間通信装置の前記記憶部は、前記センサ部で取得されたセンサ情報を記憶し、
前記解析装置は、前記水圏生物間の距離の時間変化および前記センサ情報の時間変化を解析するようにしてもよい。

本発明によれば、水圏生物の群れ行動の把握に適した水圏生物間通信装置および水圏生物群行動解析システムを提供することができる。

本発明の実施形態に係る水圏生物群行動解析システムの概略的構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る水圏生物間通信装置の概略的構成を示す一部断面図である。 本発明の実施形態に係る水圏生物間通信装置の機能ブロック図である。 実施形態に係る水圏生物間通信装置から送信される超音波パルス列を示す図である。 実施形態に係る水圏生物間通信装置から送信される２つの連続する超音波パルス列を示す図である。 実施形態に係る水圏生物間距離の測定方法について説明するための図である。 実施形態における動作期間とスリープ期間について説明するための図である。 実施形態の変形例１に係る水圏生物間通信装置間の同期方法について説明するための図である。 実施形態の変形例２に係る水圏生物間通信装置間の同期方法について説明するための図である。

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明する。

＜＜水圏生物群行動解析システム＞＞
まず、図１を参照して、実施形態に係る水圏生物群行動解析システム１について説明する。

水圏生物群行動解析システム１は、複数の水圏生物を含む水圏生物群の行動を解析するためのシステムである。なお、水圏生物は魚類に限られない。

水圏生物群行動解析システム１は、図１に示すように、複数の水圏生物（魚Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３）に装着された複数の水圏生物間通信装置１０と、複数の水圏生物の行動を解析する解析装置５０とを備えている。詳しくは後述するが、複数の水圏生物間通信装置１０は超音波パルス列を互いに送受信することによりセンサ情報等をやりとりするとともに、超音波パルスの送受信時刻を記録するように構成されている。

解析装置５０は、複数の水圏生物間通信装置１０のうち少なくとも１つに記憶されたデータに基づいて水圏生物群の行動を解析するように構成されている。より詳しくは、解析装置５０は、パソコン等の情報処理装置により構成されており、回収された水圏生物間通信装置１０の記憶部２４に記録された情報を読み出し、当該情報に基づいて水圏生物群の行動を解析する。

例えば、解析装置５０は、複数の水圏生物間通信装置１０のうちの少なくともいずれか１つの記憶部２４に記憶された基準パルスの送信時刻情報および受信時刻情報に基づいて水圏生物間の距離（魚間距離）を算出する。この距離の算出方法については後ほど詳しく説明する。

また、解析装置５０は、水圏生物間の距離の時間変化およびセンサ情報（深度情報、水温情報）の時間変化を解析する。これにより、遊泳深度や遊泳間隔がどの程度の範囲に及んでいるか等、水圏生物群の行動や生態をより詳しく解析することができる。

上記のように、実施形態に係る水圏生物群行動解析システム１によれば、水圏生物の群れとしての行動を詳細に複数の観点から解析することができる。

また、各水圏生物間通信装置１０は、超音波パルスの到達範囲等の制限があるものの、周りの水圏生物の情報（センサ情報、遭遇ＩＤ数など）を可能な限り共有するため、水圏生物群行動解析システム１によれば、全ての水圏生物間通信装置１０を回収しなくとも（理想的には１つの水圏生物間通信装置１０を回収できれば）、水圏生物群の行動を解析することができる。

＜＜水圏生物間通信装置＞＞
次に、図２および図３を参照して、実施形態に係る水圏生物間通信装置１０について詳しく説明する。

本実施形態に係る水圏生物間通信装置１０は、前述のように、魚類等の水圏生物に装着されるものである。水圏生物間通信装置１０の水圏生物への装着方法は、特に限定されず、例えば埋め込み、巻き付けなどである。

水圏生物間通信装置１０は、超音波パルスの送受信機能を有し、水圏生物間で通信を行うように構成されている。さらに、水圏生物間通信装置１０は、超音波パルスの送受信時刻情報や、各種センサ（後述の温度センサ２７１、圧力センサ２７２）で取得されたセンサ情報（水温情報、深度情報等）などを記録する。また、複数の水圏生物間通信装置１０間で超音波パルスの送信タイミングの同期をとるための手段（後述の同期部２５）を備えている。

次に、図２を参照して、水圏生物間通信装置１０の概略的な構成について説明する。水圏生物間通信装置１０は、図２に示すように、筒状体１１と、蓋体１２と、基板１３と、この基板１３上に実装された電子部品１４と、この電子部品１４等に電力を供給する電池１５と、電極コンタクト部１６，１７と、パッキン１８と、電極支持部材１９と、を備えている。以下、各構成要素について説明する。

筒状体１１は、筒状の容器であり、基板１３、電子部品１４、電池１５、電極コンタクト部１６，１７および電極支持部材１９などを収容する。この筒状体１１は、例えば樹脂（アクリル樹脂など）からなる。なお、筒状体１１は、本実施形態では円筒状であるが、これに限られず角筒状などであってもよい。

蓋体１２は、筒状体１１に結合して防水性を確保するように構成されている。この蓋体１２は、受波器２２１、送波器２１１およびセンサ部２７が前面に設けられた円柱状の本体部１２Ａと、この本体部１２Ａの後面に突設され、筒状体１１と螺合する螺合部１２Ｂと、この螺合部１２Ｂに立設され、基板１３を支持する基板支持部１２Ｃとを有している。防水性を向上させるために、螺合部１２Ｂにはパッキン１８が取り付けられている。

基板１３は、各種の電子部品１４が実装されたプリント配線板である。本実施形態では、２枚の基板１３が基板支持部１２Ｃの表面および裏面にそれぞれ固定され支持されている。より詳しくは、基板支持部１２Ｃおよび２枚の基板１３には互いに連通する貫通孔が設けられており、この貫通孔にボルト（図示せず）が挿通され、ボルトと螺合するナット（図示せず）により２枚の基板１３が基板支持部１２Ｃに圧着されている。

電子部品１４は、後述のＣＰＵ２３１、相関器２３２、送信アンプ２１２、受信アンプ２２２、同期部２５、水晶発振子２６、記憶部２４、および記憶部２４のアダプタなどである。なお、送信アンプ２１２および受信アンプ２２２はそれぞれ送波器２１１および受波器２２１に一体に設けられていてもよい。

電池１５は、図２に示すように、正極が電極コンタクト部１６に接触し、負極が電極コンタクト部１７に接触するように筒状体１１内に配置されている。電池１５の種類は特に限定されないが、本実施形態では、リチウム電池（ＣＲ２）を用いている。電池１５は、電子部品１４のほか、送波器２１１、受波器２２１、温度センサ２７１および圧力センサ２７２等にも電力を供給する。

電極コンタクト部１６は、導電性の材料からなる平板状の部材であり、図２に示すように、絶縁性の材料からなる電極支持部材１９に固定されている。この電極コンタクト部１６は、図示しない配線を介して基板１３に電気的に接続されている。

電極コンタクト部１７は、導電性の細長い部材を折り曲げたものとして構成されており、電池１５の負極に接触する端子部１７ａと、端子部１７ａから筒状体１１の開口方向に延在する延在部１７ｂと、延在部１７ｂの先端に設けられたパッド部１７ｃとを有している。延在部１７ｂは、電極支持部材１９にネジ止め等により固定されている。パッド部１７ｃは、螺合部１２Ｂにネジ止め等により固定されている。また、パッド部１７ｃは、図示しない配線を介して基板１３に電気的に接続されている。

電極支持部材１９は、樹脂等の絶縁性材料から構成されており、本実施形態では筒状体１１の横断面形状に合わせて円盤状の形状を有している。図２に示すように、電極支持部材１９の一方の主面には電極コンタクト部１６が設けられる。また、電極支持部材１９はその側面で電極コンタクト部１７の延在部１７ｂを支持している。

次に、図３の機能ブロック図を参照して、水圏生物間通信装置１０の機能について詳しく説明する。

水圏生物間通信装置１０は、送信部２１と、受信部２２と、制御部２３と、記憶部２４と、同期部２５と、水晶発振子２６と、センサ部２７とを備えている。以下、各構成について説明する。

送信部２１は、水中に超音波パルスを送波する送波器２１１と、超音波パルスを増幅する送信アンプ２１２とを有する。この送信部２１は、制御部２３により制御され、所定の送信周期（送信周期Ｔ）で、基準となる超音波パルス（基準パルス）を送信する。より詳しくは、送信部２１は、図４に示すように、基準パルスＲＰ（超音波パルスＰ１）に続いて、超音波パルスＰ２、超音波パルスＰ３および超音波パルスＰ４を送信する。このように送信部２１は、超音波パルスＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４から構成される超音波パルス列ＰＴを送信する。

超音波パルス列ＰＴでは、各超音波パルス間の時間長さに情報が含まれる。本実施形態では、図４に示すように、超音波パルスＰ１と超音波パルスＰ２間の時間長さに深度情報が含まれ、超音波パルスＰ２と超音波パルスＰ３間の時間長さに水温情報が含まれ、超音波パルスＰ３と超音波パルスＰ４間の時間長さに遭遇ＩＤ数が含まれる。

送信部２１から送信される超音波パルスはゴールドコードと呼ばれる疑似雑音系列信号を用いて符号化されており、他の水圏生物間通信装置１０から送信される超音波パルスとの識別が可能である。すなわち、送信部２１から送信される超音波パルスは自装置の識別情報（符号番号）を含む。

なお、ゴールドコードは、疑似雑音系列信号の中でも特に系列間の干渉が少ないため、他装置から送信される超音波パルスとの相互干渉が極めて少ない。ゴールドコード以外の疑似雑音系列信号が用いられてもよい。

図５に示すように、超音波パルス列は、所定の送信周期Ｔで送信される。すなわち、１つ目の超音波パルス列ＰＴ＿１の基準パルスが送信されてから送信周期Ｔが経過した時点で２つ目の超音波パルス列ＰＴ＿２の基準パルスが送信される。送信周期Ｔは後述のタイマーにより高精度に制御される。送信周期Ｔの値は、調査対象の水圏生物の特性、環境、調査期間等に応じて適宜設定される。

なお、図４の例では超音波パルス列は４つの超音波パルスを含むが、超音波パルス列に含まれる超音波パルスの数はこれに限られるものでない。また、超音波パルス列に含まれる情報は上記の例に限られず、適宜設定可能である。例えば、超音波パルス列が２つの超音波パルスＰ１とＰ２から構成され、これら超音波パルス間の時間長さが水温を示すようにしてもよい。

受信部２２は、水中を伝播した超音波パルスを受波する受波器２２１と、受波した超音波パルスを増幅して相関器２３２に出力する受信アンプ２２２とを有する。この受信部２２は、他の水圏生物間通信装置から送信された超音波パルス（基準パルス等）を受信する。受信した超音波パルスは、ゴールドコードで符号化されているため、他装置の超音波パルスと識別可能である。すなわち、受信した超音波パルスは、当該他の水圏生物間通信装置の識別情報を含む。

制御部２３は、ＣＰＵ２３１と、相関器２３２とを有し、送信部２１および受信部２２を制御する。また、制御部２３は、送信周期Ｔでタイムアウトするタイマーを有し、このタイマーがタイムアウトすると、送信部２１を制御して基準パルスＲＰを送信させる。なお、本実施形態では、タイマーはＣＰＵ２３１に設けられている。
制御部２３は、送信部２１を制御して基準パルスＲＰを送信させると、当該基準パルスＲＰの送信時刻情報を記憶部２４に記憶させる。また、制御部２３は、受信部２２が他の水圏生物間通信装置から送信された基準パルスＲＰを受信すると、当該基準パルスＲＰの受信時刻情報を記憶部２４に記憶させる。

ＣＰＵ２３１は、図３に示すように、相関器２３２、送信部２１、同期部２５、水晶発振子２６、センサ部２７と電気的に接続されている。このＣＰＵ２３１は、水晶発振子２６により高精度で動作し、送信周期Ｔを計測するタイマーを内蔵している。なお、タイマーはＣＰＵ２３１に内蔵される場合に限られず、ＣＰＵ２３１の外部に設けられてもよい。また、ＣＰＵ２３１が記憶部２４に直接アクセスするようにしてもよい。

ＣＰＵ２３１は、同期部２５からトリガー信号を受信すると、タイマーをスタートさせる。そして、タイマーがタイムアウトすると（すなわち、送信周期Ｔが経過すると）、ＣＰＵ２３１は、送信部２１を制御して基準パルスを送信させる。基準パルスが送信された後、ＣＰＵ２３１は、圧力センサ２７２で取得された深度情報に応じた時間差を空けて超音波パルスＰ２を送信部２１に送信させる。同様に、超音波パルスＰ２が送信された後、ＣＰＵ２３１は、温度センサ２７１で取得された水温情報に応じた時間差を空けて超音波パルスＰ３を送信部２１に送信させる。超音波パルスＰ３が送信された後、ＣＰＵ２３１は、遭遇ＩＤ数に応じた時間差を空けて超音波パルスＰ４を送信部２１に送信させる。

なお、タイマーは、タイムアウトした後、ふたたび送信周期Ｔの計測を開始する。すなわち、タイマーは一旦スタートすると、後述のスリープ期間に入らない限り、送信周期Ｔの計測動作を繰り返し行う。

相関器２３２は、受信部２２で受信された信号と基準論理符号配列との間で相互相関演算を順次行うことにより、符号番号（識別情報）を抽出する。相関器２３２は、複数の超音波パルスを同時に受信した場合でも各パルスの識別情報を抽出することが可能である。なお、相関器２３２は、ＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）で構成されてもよい。

記憶部２４は、送信部２１により送信される超音波パルス列に含まれる情報（深度、水温、遭遇ＩＤ数など）、および受信部２２により受信された超音波パルス列に含まれる情報を記憶する。情報は、その情報が含まれていた超音波パルス列の識別情報（符号番号）に対応付けて記憶部２４に記憶される。

記憶部２４は、送信部２１から基準パルスが送信されるたびに、その基準パルスの送信時刻情報を記憶する。また、記憶部２４は、受信部２２により基準パルスが受信されるたびに、その基準パルスの受信時刻情報を記憶する。ここで、送信時刻情報は、送信される基準パルスの識別情報（符号番号）に対応付けて記憶部２４に記憶される。同様に、受信時刻情報は、受信される基準パルスの識別情報（符号番号）に対応付けて記憶部２４に記憶される。なお、送信時刻情報、受信時刻情報は、絶対時刻であってもよいし、相対時刻（例えば後述のトリガー信号を受けてからの経過時間）であってもよい。

本実施形態では、記憶部２４はマイクロＳＤカードであり、基板１３に実装されたアダプタに挿入されている。水圏生物間通信装置１０が水圏生物とともに回収されると、マイクロＳＤカードはアダプタから取り出され、解析装置５０のアダプタに挿入されてデータが読み出される。

同期部２５は、外部からトリガーを受けると、前述のタイマーをスタートさせるトリガー信号を制御部２３に出力する。本実施形態では、同期部２５は、機械スイッチを含み、この機械スイッチが手動で押下されるとトリガー信号を出力する。

水晶発振子２６は、一定の周波数を高い精度で生成し、ＣＰＵ２３１に供給する。これにより、タイマーのタイムアウト周期（超音波パルスの送信周期Ｔ）を高精度に制御することができる。

センサ部２７は、温度センサ２７１および圧力センサ２７２を有する。温度センサ２７１により検出された温度（水温）および圧力センサ２７２により検出された圧力（深度）の情報はＣＰＵ２３１に送られる。記憶部２４は、センサ部２７で取得されたセンサ情報を記憶する。ＣＰＵ２３１は、センサ情報を超音波パルス列の生成に用いる。

なお、センサ部２７は、温度センサ２７１および圧力センサ２７２の一方のみを有してもよい。あるいは、センサ部２７は、温度センサ２７１および圧力センサ２７２以外のセンサを有してもよい。

＜＜水圏生物間距離（魚間距離）の測定方法＞＞
次に、上述した水圏生物間通信装置１０による水圏生物間距離の測定方法について説明する。

測定者は、まず、複数の水圏生物間通信装置１０について各々、筒状体１１から蓋体１２を取り外し、筒状体１１内の同期部２５の機械スイッチをそれぞれ押下する。この際、機械スイッチを押下するタイミングのずれが送信周期Ｔよりも大きくならないように素早く押下する。

機械スイッチを押下した後、測定者は、蓋体１２を筒状体１１に取り付け、水圏生物間通信装置１０を水圏生物（ここでは魚Ｆ１，Ｆ２）にそれぞれ装着する。次に、測定者は、水圏生物間通信装置１０が装着された魚Ｆ１と魚Ｆ２を狭い網に入れ、水中に沈める。その後、しばらくしてから網を開放し、魚Ｆ１と魚Ｆ２を放流する。

図６を参照して、超音波パルス（基準パルス）の送受信タイミングに基づく魚間距離の算出方法について説明する。

図６において、装置Ａは、ある水圏生物（例えば魚Ｆ１）に装着された水圏生物間通信装置１０を示す。装置Ｂは、別の水圏生物（例えば魚Ｆ２）に装着された水圏生物間通信装置１０を示す。なお、図６では見易くするため、基準パルス以外の超音波パルス、および装置Ｂが受信する超音波パルスは図示していない。

図６において、基準パルスＲＰ＿Ａ＿１ｔは、装置Ａが送信した基準パルスを示し、基準パルスＲＰ＿Ａ＿２ｔはその次に送信された基準パルスを示している。同様に、基準パルスＲＰ＿Ｂ＿１ｔは、装置Ｂが送信した基準パルスを示し、基準パルスＲＰ＿Ｂ＿２ｔはその次に送信された基準パルスを示している。

ここで、基準パルスＲＰ＿Ａ＿１ｔおよび基準パルスＲＰ＿Ｂ＿１ｔは、魚Ｆ１，Ｆ２が網から放流される前に送信されたものであり、基準パルスＲＰ＿Ａ＿２ｔおよび基準パルスＲＰ＿Ｂ＿２ｔは、魚Ｆ１，Ｆ２が網から放流された後に送信されたものである。

基準パルスＲＰ＿Ｂ＿１ｒは、装置Ｂから送信された基準パルスＲＰ＿Ｂ＿１ｔが水中を伝播して装置Ａに受信されたものである。同様に、基準パルスＲＰ＿Ｂ＿２ｒは、装置Ｂから送信された基準パルスＲＰ＿Ｂ＿２ｔが水中を伝播して装置Ａに受信されたものである。

基準パルスＲＰ＿Ａ＿１ｔと基準パルスＲＰ＿Ｂ＿１ｔの間には、図６に示すように、時間差（オフセット）ｔａが存在する。これは、測定者が装置Ａおよび装置Ｂの機械スイッチを手動で押下するために生じるタイムラグに起因する。前述のように、魚Ｆ１と魚Ｆ２は狭い網の中に入れた状態で水中に沈められることから、放流前にはほぼ同じ位置にいる。したがって、基準パルスＲＰ＿Ｂ＿１ｔの伝播時間は無視でき、基準パルスＲＰ＿Ａ＿１ｔと基準パルスＲＰ＿Ｂ＿１ｒとの時間差をオフセットｔａとみなせる。

また、装置Ａと装置Ｂの送信周期Ｔは等しい。よって、基準パルスＲＰ＿Ａ＿２ｔの送信時刻と、基準パルスＲＰ＿Ｂ＿２ｔの送信時刻との間の時間差は、オフセットｔａに等しい。なお、送信周期Ｔは高精度の水晶発振子２６により生成されるため、ここでの誤差は十分に小さい。

図６に示すように、基準パルスＲＰ＿Ｂ＿２ｒの受信時刻と基準パルスＲＰ＿Ａ＿２ｔの送信時刻との間の時間差ｔｂからオフセットｔａを引くと、時間差ｔｃが得られる。この時間差ｔｃは、装置Ｂから送信された基準パルスが装置Ａに到達するまでの時間を示しており、魚間距離に対応している。すなわち、時間差ｔｃに水中での音速（約１５００ｍ／ｓ）を乗じることにより、魚間距離を算出することができる。超音波パルス列ごとに上記のようにして魚間距離を算出することで、魚間距離の時間変化を求めることができる。

以上説明したように、本実施形態では、送信部２１が所定の送信周期Ｔで基準パルスを送信し、受信部２２が他装置から送信された基準パルスを受信する。そして、記憶部２４は、基準パルスが送信されるたびに送信時刻を記憶し、また、基準パルスが受信されるたびに受信時刻を記憶する。

さらに、水圏生物間通信装置１０は、外部からトリガーを受けるとトリガー信号を制御部２３に出力する同期部２５を備えており、制御部２３はトリガー信号を受信するとタイマーをスタートさせ、当該タイマーがタイムアウトすると基準パルスを送信部２１に送信させる。これにより、本実施形態によれば、複数の水圏生物間通信装置１０間で超音波パルスの同期をとることが可能となる。そして、記憶部２４に記憶された超音波パルス列の送信時刻および受信時刻に基づいて魚間距離を算出することができる。なお、ここでいう「同期」は複数の水圏生物間通信装置１０が送信する超音波パルス列のタイミングを一致させるという意味（狭義の同期）ではなく、複数の水圏生物間通信装置１０から送信された複数の超音波パルス列間の時間差（オフセット）を把握可能にするという意味（広義の同期）である。狭義の同期は、後述の変形例１，２において達成される。

さらに、本実施形態によれば、従来用いられていた、超音波パルスを受信する固定の受信器は不要となる。

また、周りの水圏生物との距離などのデータが記憶部２４に保存されるため、各水圏生物に装着された水圏生物間通信装置１０を全て回収しなくても、水圏生物群（魚群）の行動等を解析することができる。

なお、図７に示すように、水圏生物間通信装置１０（装置Ａ，Ｂ）は、超音波パルス列の送信動作および受信動作（まとめて送受信動作という。）を交互に行うようにしてもよい。この場合、制御部２３は、超音波パルス列の送受信動作を行う動作期間Ｓａと、送受信動作を停止するスリープ期間Ｓｂとが交互に繰り返されるように送信部２１および受信部２２を制御する。これにより、スリープ期間中は送信部２１や受信部２２だけでなく相関器２３２等の動作も停止されるため、電池１５の消耗が抑えられる。よって、電池１５を大型化することなく、水圏生物間通信装置１０を長期間（例えば数ヶ月間）動作させることができるようになる。

次に、本実施形態の２つの変形例について説明する。いずれの変形例によっても、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

＜変形例１＞
図８を参照して変形例１について説明する。

本変形例では、電気信号を用いて複数の水圏生物間通信装置１０間の同期をとる。各水圏生物間通信装置１０は水圏生物に装着される前に電気信号により同期される。

同期部２５は、同期信号源６０から延出する電気ケーブル６５に電気的に接続可能なコネクタ（図示せず）を含む。このコネクタが同期信号源６０から出力された電気信号を受信すると、同期部２５はトリガー信号を制御部２３に出力する。

本変形例の場合、測定者は、まず、各水圏生物間通信装置１０の蓋体１２を取り外し、同期信号源６０から延出する電気ケーブル６５を同期部２５のコネクタにそれぞれ接続する。次に、測定者は、同期信号源６０のスイッチを押下して、電気信号（パルス信号等）を各電気ケーブル６５に同時に出力させる。出力された電気信号は各水圏生物間通信装置１０の同期部２５に同時に受信され、トリガー信号として制御部２３に入力される。次に、測定者は電気ケーブル６５を同期部２５から取り外し、蓋体１２を筒状体１１に取り付ける。そして、各水圏生物間通信装置１０を魚類等の水圏生物に装着する。

本変形例によれば、複数の水圏生物間通信装置１０は同時にトリガーである電気信号を受けるため、前述のオフセットｔａが生じない。このため、魚間距離の算出などの解析処理が簡易になり、水圏生物の行動解析を容易にすることができるとともに、解析精度を向上させることができる。

また、機械スイッチの場合、水圏生物間通信装置１０の数が増すにつれて、小さいタイムラグで全ての機械スイッチを押下することは困難となるが、本変形例の場合、水圏生物間通信装置１０の数が多い場合でも対応可能である。

＜変形例２＞
次に、図９を参照して変形例２について説明する。

本変形例では、電磁波信号を用いて複数の水圏生物間通信装置１０間の同期をとる。

図９に示すように、各水圏生物間通信装置１０は、同期光源７０から出力される電磁波信号（赤外線信号等）により同期される。本変形例の同期部２５は同期光源７０から放射される電磁波信号を検出する検出器（図示せず）を含んでいる。この検出器が電磁波信号を検出すると、同期部２５はトリガー信号を制御部２３に出力する。

なお、検出器を収容する筒状体１１を電磁波が透過可能な材料（透明な樹脂材料など）で構成しておき、検出器が、筒状体１１を透過した電磁波信号を検出するようにしてもよい。これにより、同期させる際に、蓋体１２を取り外す作業が不要になる。

本変形例の場合、測定者は、図９に示すように、複数の各水圏生物間通信装置１０を同期光源７０の前に並べて配置する。次に、測定者は、同期光源７０のスイッチを押下して、電磁波信号（赤外線信号等）を水圏生物間通信装置１０に向けて出力させる。出力された電磁波信号は各水圏生物間通信装置１０の同期部２５に同時に受信され、同期部２５はトリガー信号を制御部２３に出力する。次に、測定者は、各水圏生物間通信装置１０を魚類等の水圏生物に装着する。なお、電磁波信号の照射は、水圏生物間通信装置１０が水圏生物に装着された後に行ってもよい。

本変形例によれば、複数の水圏生物間通信装置１０は同時にトリガーである電磁波信号を受けるため、前述のオフセットｔａが生じない。このため、魚間距離の算出などの解析処理が簡易になり、水圏生物の行動解析を容易にすることができるとともに、解析精度を向上させることができる。

また、本変形例によれば、変形例１の場合と同様に、水圏生物間通信装置１０の数が多い場合でも対応可能である。

さらに、本変形例によれば、電磁波信号は筒状体１１を透過して同期部２５の検出器に受信されるため、測定者は同期のために蓋体１２を取り外す必要がなく、作業が容易となる。

上記の記載に基づいて、当業者であれば、本発明の追加の効果や種々の変形を想到できるかもしれないが、本発明の態様は、上述した実施形態に限定されるものではない。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。

１ 水圏生物群行動解析システム
１０ 水圏生物間通信装置
１１ 筒状体
１２ 蓋体
１２Ａ 本体部
１２Ｂ 螺合部
１２Ｃ 基板支持部
１３ 基板
１４ 電子部品
１５ 電池
１６，１７ 電極コンタクト部
１７ａ 端子部
１７ｂ 延在部
１７ｃ パッド部
１８ パッキン
１９ 電極支持部材
２１ 送信部
２１１ 送波器
２１２ 送信アンプ
２２ 受信部
２２１ 受波器
２２２ 受信アンプ
２３ 制御部
２３１ ＣＰＵ
２３２ 相関器
２４ 記憶部
２５ 同期部
２６ 水晶発振子
２７ センサ部
２７１ 温度センサ
２７２ 圧力センサ
５０ 解析装置
６０ 同期信号源
７０ 同期光源
Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３ 魚
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４ 超音波パルス
ＰＴ，ＰＴ＿１，ＰＴ＿２ 超音波パルス列
ＲＰ 基準パルス
Ｓａ 動作期間
Ｓｂ スリープ期間
Ｔ 送信周期
ｔａ，ｔｂ，ｔｃ 時間差

Claims (10)

1. 水圏生物に装着される水圏生物間通信装置であって、
   所定の送信周期で自装置の識別情報を含む基準パルスを送信する送信部と、
   他の水圏生物間通信装置から送信され、前記他の水圏生物間通信装置の識別情報を含む基準パルスを受信する受信部と、
   前記所定の送信周期でタイムアウトするタイマーを有し、前記タイマーがタイムアウトすると、前記送信部を制御して基準パルスを送信させる制御部と、
   前記送信部により基準パルスが送信されるたびに当該基準パルスの送信時刻情報を記憶し、前記受信部により基準パルスが受信されるたびに当該基準パルスの受信時刻情報を記憶する記憶部と、
   外部からトリガーを受けると、前記タイマーをスタートさせるトリガー信号を前記制御部に出力する同期部と、
   を備えることを特徴とする水圏生物間通信装置。
2. 前記同期部は、機械スイッチを含み、前記機械スイッチが押下されると、前記トリガー信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の水圏生物間通信装置。
3. 前記同期部は、同期信号源から延出する電気ケーブルに電気的に接続可能なコネクタを含み、前記コネクタが前記同期信号源から出力された電気信号を受信すると、前記トリガー信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の水圏生物間通信装置。
4. 前記同期部は、同期光源から放射された電磁波信号を検出する検出器を含み、前記検出器が電磁波信号を検出すると、前記トリガー信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の水圏生物間通信装置。
5. 前記検出器は、前記検出器を収容する筒状体を透過した電磁波信号を検出することを特徴とする請求項４に記載の水圏生物間通信装置。
6. 前記制御部は、超音波パルス列の送受信動作を行う動作期間と、前記送受信動作を停止するスリープ期間とが交互に繰り返されるように前記送信部および前記受信部を制御することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の水圏生物間通信装置。
7. 温度センサおよび／または圧力センサを有するセンサ部をさらに備え、
   前記記憶部は、前記センサ部で取得されたセンサ情報を記憶することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の水圏生物間通信装置。
8. 複数の水圏生物を含む水圏生物群の行動を解析するための水圏生物群行動解析システムであって、
   前記複数の水圏生物に装着された複数の水圏生物間通信装置と、
   前記複数の水圏生物間通信装置のうち少なくとも１つに記憶されたデータに基づいて前記水圏生物群の行動を解析する解析装置と、
   を備え、
   前記複数の水圏生物間通信装置は、それぞれ、
   所定の送信周期で自装置の識別情報を含む基準パルスを送信する送信部と、
   他の水圏生物間通信装置から送信され、前記他の水圏生物間通信装置の識別情報を含む基準パルスを受信する受信部と、
   前記所定の送信周期でタイムアウトするタイマーを有し、前記タイマーがタイムアウトすると、前記送信部を制御して基準パルスを送信させる制御部と、
   前記送信部により基準パルスが送信されるたびに当該基準パルスの送信時刻情報を記憶し、前記受信部により基準パルスが受信されるたびに当該基準パルスの受信時刻情報を記憶する記憶部と、
   外部からトリガーを受けると、前記タイマーをスタートさせるトリガー信号を前記制御部に出力する同期部と、
   を有する、
   ことを特徴とする水圏生物群行動解析システム。
9. 前記解析装置は、前記複数の水圏生物間通信装置のうち少なくとも１つの前記記憶部に記憶された前記送信時刻情報および前記受信時刻情報に基づいて水圏生物間の距離を算出することを特徴とする請求項８に記載の水圏生物群行動解析システム。
10. 前記複数の水圏生物間通信装置は、それぞれ、温度センサおよび／または圧力センサを有するセンサ部をさらに備え、
    前記複数の水圏生物間通信装置の前記記憶部は、前記センサ部で取得されたセンサ情報を記憶し、
    前記解析装置は、前記水圏生物間の距離の時間変化および前記センサ情報の時間変化を解析することを特徴とする請求項９に記載の水圏生物群行動解析システム。

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