JP4030088B2

JP4030088B2 - Submarine control method and system for submarine geophysical exploration

Info

Publication number: JP4030088B2
Application number: JP2001321403A
Authority: JP
Inventors: 一輝星島; 憲明木村
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd; Mitsui E&S Holdings Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd; Mitsui E&S Holdings Co Ltd
Priority date: 2001-10-19
Filing date: 2001-10-19
Publication date: 2008-01-09
Anticipated expiration: 2021-10-19
Also published as: JP2003127982A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、着底ケーブルと潜水艇を用いて音波により海底下の物理探査を行う海底物理探査における潜水艇の制御方法およびシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
海底下の地中の物理探査を行う方法の一つとして、海底に向けて音波を発振し、海底に到達した音波や地中から反射して返ってくる反射波を解析することにより、海底下の地中の物理情報を得る方法が知られている。このような物理探査方法においては、海上を航行する母船から、海底に向けて音波を発振し、海底に敷設された音波を受信するためのセンサが数珠繋ぎになった着底ケーブル（以下ＯＢＣ：ＯｃｅａｎＢｏｔｔｏｍＣａｂｌｅという。）により音波を受信する方法が用いられている。
【０００３】
このような方法において、通常用いられる音源から発振される音波は波長が長く、天然ガス層のように層の薄いものを探査するには十分な分解能を得ることができない。また、音源とＯＢＣが備えるセンサの距離が遠くなると解析の分解能が低下してしまうため、深海での探査には用いることはできず、浅海での使用のみに限られていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、短波長の音波を発振することができる音源を海中に航行させ、音源をＯＢＣの上方数十メートルに近づけることにより、分解能を高くする方法が考えられる。この方法においては、探査を行う際には音源をＯＢＣに沿って移動させる必要がある。しかしながら、海上を航行する母船からはＯＢＣの敷設位置を正確に捕捉することが困難なため、音源をＯＢＣに沿って一定の距離を保って移動するよう制御することは難しかった。
【０００５】
本発明は、上記問題点に着目し、ＯＢＣに近接させて音源を搭載した潜水艇を航行させることにより、海底物理探査精度を向上させることができるようにした海底物理探査における潜水艇の制御方法およびシステムを提供することを目的としたものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記のような目的を達成するため、本発明にかかる海底物理探査における潜水艇の制御方法は、海底に敷設され物理探査用信号を受信する複数のセンサを備えてなる着底ケーブルに沿わせて潜水艇を移動させ、当該潜水艇から物理探査音を発振させることにより探査信号を検出する海底物理探査における潜水艇の制御方法において、前記潜水艇装備のソナーにより当該潜水艇と海底との距離を測定し、前記潜水艇の音源から発振させた音の発振時刻と、前記音が前記ケーブルに備えられた複数のセンサのうちから選択された２つのセンサに到達した時刻とにより前記潜水艇と前記２つのセンサそれぞれとの距離を求め、前記２つのセンサそれぞれと前記潜水艇との距離と、予め定められた前記２つのセンサ間の距離とに基づいて、前記潜水艇から前記着底ケーブルへ降ろした垂線の交点と、前記２つのセンサのうちの一方のセンサとの距離を求め、前記潜水艇と前記一方のセンサとの距離と、前記着底ケーブルへ降ろした垂線の交点と前記一方のセンサとの距離とに基づいて、前記潜水艇から前記着底ケーブルへ降ろした垂線の長さを算出し、前記潜水艇から前記着底ケーブルへ降ろした垂線の長さと、前記潜水艇と海底との距離とに基づいて、前記潜水艇を上方から見た場合の前記着底ケーブルと、前記潜水艇との偏差を求め、前記偏差をゼロに近付けるとともに、前記海底高さ位置を一定に保つよう前記潜水艇を移動制御して航行させることを特徴とする。この場合、前記潜水艇から前記着底ケーブルへ降ろした垂線の長さは、前記音源から発振させた音の発振時刻のデータと前記２つのセンサが前記音を受信した時刻のデータとを海上航行母船に備えられた演算処理端末に取り込むことで算出し、前記偏差は、当該母船にて算出した前記垂線の長さのデータを海中交信手段を介して前記潜水艇に送信し、前記潜水艇が前記垂線の長さのデータを受信した後に求めるようにすると良い。
【０００７】
また、本発明にかかる海底物理探査における潜水艇の制御システムは、海底に敷設され物理探査用信号を受信する複数のセンサを備えてなる着底ケーブルと、当該着底ケーブルに沿って海中を移動可能とされソナー及び音波発振源を有する潜水艇と、前記センサからの信号を入力可能な第１の演算手段を有するとともに前記潜水艇と交信可能な母船とを有してなり、前記第１の演算手段は、前記潜水艇の音波発振源から音が発せられた時刻データと、前記音が前記ケーブルに備えられた複数のセンサから選択された２つのセンサに到達した時刻のデータとに基づいて、前記潜水艇と前記２つのセンサそれぞれとの距離を求めると共に、前記潜水艇と前記２つのセンサそれぞれとの距離と、予め定められた前記２つのセンサ間の距離とに基づいて、前記潜水艇から前記着底ケーブルへ降ろした垂線の交点と、前記２つのセンサのうちの一方のセンサとの距離を求め、前記潜水艇と前記一方のセンサとの距離と、前記着底ケーブルへ降ろした垂線の交点と前記一方のセンサとの距離とに基づいて、前記潜水艇から前記着底ケーブルへ降ろした垂線の長さを算出するものとし、前記潜水艇には、前記母船との交信により受信した当該潜水艇から前記着底ケーブルへ降ろした垂線の長さと、前記ソナーによって求められた当該潜水艇と海底との距離とに基づいて、当該潜水艇を上方から見た場合の着底ケーブルと、潜水艇との偏差を求める第２の演算手段を備え、前記偏差をゼロに近付けるとともに、前記海底高さ位置を一定に保つよう前記潜水艇を移動制御して航行させる制御手段を有することを特徴とする。
【０００８】
【作用】
上記構成によれば、潜水艇をＯＢＣに近接させた状態で航行させる際に、潜水艇に搭載の音源から音を発振させ、これをＯＢＣ上のセンサが検出してＯＢＣに対する潜水艇の位置情報が得られる。このＯＢＣに対する位置情報と潜水艇自身が備えているソナーによる深度情報からＯＢＣの直上に沿って航行させるための補正信号を演算することができる。これにより潜水艇の航路の補正が可能となり、コントローラによりスラスタなどの推進制御手段を制御し、潜水艇を着底ケーブルに沿うように制御することで目的航行ラインに倣った一定の位置関係を保って確実に移動させることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る海底物理探査における潜水艇の制御方法およびシステムの具体的実施形態について、図面を参照して詳述する。図１は、本発明に係る海底物理探査における潜水艇の制御システムの実施形態を示す構成図、図２はその要部ブロック図である。
【００１０】
図１および図２において、１０は潜水艇であるＡＵＶ（ＡｕｔｏｎｏｍｏｕｓＵｎｄｅｒｗａｔｅｒＶｅｈｉｃｌｅ）、１２は母船、１４はＯＢＣを示している。この構成において、ＡＵＶ１０は水中を自走可能な無人潜水艇である。このＡＵＶ１０は、スクリューにより推進力を得ると同時に、回動自在とすることにより鉛直方向および水平方向の方向制御および姿勢制御を行うスラスタ１１と、海底を探査用の音波および位置検出・制御用の音を発振する音源１３と、海底との距離を測定するソナー１５とを備えている。これらはＡＵＶ１０と母船１２間の交信を可能とする超音波通信装置１７ａ、１７ｂを通じ制御手段であるコントローラ１９を介して制御される。ＡＵＶ１０は後述する移動制御方法によりＯＢＣ１４に沿って１０メートルから数十メートル上方を移動し、音波を海底１６に向けて発振することにより、探査を行う。なお、母船１２からのＡＵＶ１０の制御は、有線通信により行ってもよい。
【００１１】
上記システム構成による物理探査方法は、一般的に次のように行われる。ＡＵＶ１０から発振された音波は、海中を経て海底１６に到達する。音波は異なる物質の境界面で反射する性質を持っているため、一部は海底１６で反射するとともに、一部は海底下の地中を伝播し、地中に例えば地層や天然ガス層が存在するとその境界面で反射して戻ってくる。この反射された音波と、海底に到達した音波を水平方向に連続的に捉えて解析することにより、海底下の地中についての情報を得ることができる。
【００１２】
海底１６に到達した音波と、反射された音波はＯＢＣ１４により捉えられる。ＯＢＣ１４は海底１６に敷設され、ケーブル長手方向に一定間隔に物理探査用信号を受信するジオホン（物理センサ）とハイドロホン（水中マイク）からなる物理センサ１８を備えている。この物理センサ１８が備えるジオホンにより海底１６に到達した音波と、地中からの反射波を受信し、これを送信可能としている。本実施形態では、ＯＢＣ１４は１０００ｍ程度以上の深海に敷設される場合を想定している。ＯＢＣ１４は、海面２０に浮かべられ母船１２に信号を送信することができる送信アンテナ２１を備えたブイ２２に接続されており、音波を受信することにより生じた信号はケーブルを通じ、ブイ２２を経由して母船１２に送信される。母船１２では、受信アンテナ２３でこの信号を受信し解析することにより、地中の情報を得る。このようにして、海底１６および海底下の地中から反射して返ってくる音波を解析することにより、海底下の物理探査が可能である。
【００１３】
このように、ＡＵＶ１０から音波を発振し、海底１６に到達した音波と地中で反射された音波を水平方向に連続的に捉えることにより地中の情報を得る方法においては、音波の発振源と受信部が離れていると、分解能が低くなってしまうため、より精密な探査を行うには音波の発振源と海底１６はなるべく接近していなければならない。すなわち、ＡＵＶ１０はＯＢＣ１４から離れないようにＯＢＣ１４に沿って海底近くを移動する必要がある。
【００１４】
そこで、本発明に係る海底物理探査における潜水艇の制御方法を実施するための本実施形態に示す制御システムでは、以下に述べるような方法でＯＢＣ１４に対する目的航行ラインに倣って移動するようにＡＵＶ１０の移動制御を行う。
【００１５】
ＡＵＶ１０は、音源１３から発振される音とソナー１５を利用して得られるＯＢＣ１４との位置情報に基づいて移動制御される。詳細は後述するが、図２に示すように、まず音源１３から位置検出・制御用のための音が発振され、この発振音はＯＢＣ１４が備える物理センサ１８のハイドロホンで受信される。ＯＢＣ１４は、海面２０に浮かべられ母船１２に信号を送信することができる送信アンテナ２１を備えたブイ２２に接続されており、発振音を受信することにより生じた信号はケーブルを通じ、ブイ２２を経由して母船１２に送信される。母船１２は、ＯＢＣ１４の送信アンテナ２１から送信される信号を受信する受信アンテナ２３を有しており、受信された信号は演算処理端末２５に入力され演算処理される。演算結果のデータは、超音波通信装置１７ｂを通じてＡＵＶ１０に送信され、ＡＵＶ１０では超音波通信装置１７ａによりこのデータを受信する。受信されたデータは、ソナー１５により測定された海底との距離のデータとともに演算処理モジュール２７で演算処理され、この演算処理結果に基づいてコントローラ１９はスラスタ１１を制御し、ＯＢＣ１４に対する目的航行ラインに倣ってＡＵＶ１０を移動制御する。
【００１６】
次に、ＡＵＶ１０をＯＢＣ１４に対する目的航行ラインに倣って移動制御する手順について詳述する。
ＡＵＶ１０が海底付近を音波により物理探査する時、ＡＵＶ１０とＯＢＣ１４は図４に示すような位置関係にある。図４において、ｄはＡＵＶ１０とＯＢＣ１４との距離、ｚはＡＵＶ１０と海底１６との距離（深度）、ｘはＡＵＶ１０の航行ラインを上方から見た場合のＯＢＣ１４との偏差、Ｌは物理センサ１８の間隔である。
【００１７】
ここで、ＡＵＶ１０をＯＢＣ１４の直上をケーブルラインに沿って移動させるには、ＡＵＶ１０とＯＢＣ１４との平面上の偏差ｘをゼロに近づけるとともに、海底と衝突しない程度の深度を保てばよい。すなわちｘの値を常にゼロに近づけるとともに、ｚの値を衝突の危険性のない許容範囲内の任意の値で一定に保つよう移動制御すれば、容易にＡＵＶ１０をＯＢＣ１４に対する目的航行ラインに倣って移動させることが可能である。
【００１８】
以下、ＡＵＶ１０、ＯＢＣ１４および母船１２における動作について、図２および図３のフロー図を参照して説明する。
はじめに、ステップ１００において、ＡＵＶ１０は音源１３より位置検出・制御用のための音を発振するとともに、発振時刻のデータを超音波通信装置１７ａを通じて母船１２に送信し、母船１２では超音波通信装置１７ｂでこれを受信する。また、これと同時にソナー１５により海底１６との距離ｚを測定する。発振音は、ステップ１０１において、ＯＢＣ１４が備える物理センサ１８のハイドロホンで受信される。発振音を受信したＯＢＣ１４では、ステップ１０２で送信アンテナ２１を介して受信時刻のデータを母船１２に送信する。ステップ１０３で、母船１２は受信アンテナ２３で受信した物理センサ１８の発振音受信時刻のデータと、ステップ１００でＡＵＶ１０から送られてきた発振音発振時刻のデータから、ＡＵＶ１０が発振音を発振してから物理センサ１８に到達するまでの所要時間を第１の演算手段である演算処理端末２５により算出する。次にステップ１０４で、ＡＵＶ１０とＯＢＣ１４との距離ｄを、ステップ１０３で得られた発振音が物理センサ１８に到達するまでの所要時間と、物理センサ１８の間隔Ｌより後述する方法で算出する。続いてステップ１０５において母船１２は、算出されたｄの数値データを超音波通信装置１７ｂによりＡＵＶ１０に送信する。ステップ１０６で、ＡＵＶ１０は超音波通信装置１７ａによりｄの数値データを受信し、このｄの値とステップ１００においてソナー１５により測定したｚの値から、ＡＵＶ１０に組み込まれた第２の演算手段である演算処理モジュール２７により後述する方法によりｘの値を算出する。そしてステップ１０７において、ｘの値がゼロに、ｚの値が任意の値に近づくように母船１２から超音波通信装置１７ａ、１７ｂおよびコントローラ１９を介してスラスタ１１を制御し、ＡＵＶ１０を移動制御する。
【００１９】
以上のような手順でＡＵＶ１０の移動制御を航行中に随時繰り返して行うことにより、母船１２からＯＢＣ１４の敷設位置を捕捉できない場合であっても、ＡＵＶ１０をＯＢＣ１４に対する目的航行ラインに倣って移動させることが可能である。
【００２０】
次に、上述したＡＵＶ１０の移動制御に必要なｘの値の算出方法について説明する。
ｘの値は、直接測定することはできないので、ＡＵＶ１０とＯＢＣ１４との距離ｄと、ＡＵＶ１０と海底１６との距離ｚの値より三平方の定理を用いて次の数式１から求める。
【数１】

ここでｚの値は、前述のようにＡＵＶ１０が備えるソナー１５により得ることが可能である。したがって、ｄの値が得られればｘの値を求めることができる。そこで、以下のような方法でｄの値を求める。
【００２１】
ｄの値は、ＡＵＶ１０から発振音を出し、その発振音がＯＢＣ１４の物理センサ１８に到達するのにかかった時間からＡＵＶ１０と物理センサ１８との距離を求め、この値をもとに算出する。
ＡＵＶ１０から発振された発振音は、ＡＵＶ１０に最も近い場所に位置する物理センサ１８から遠くにある物理センサ１８に順次受信される。このとき、異なる二つの物理センサ１８に発振音が到達するまでにかかった時間が分かれば、ｄの値を求めることができる。
【００２２】
ここでは、図４のように、ＡＵＶ１０に最も近い場所に位置するセンサ１８ａと、二番目に近い場所に位置するセンサ１８ｂに発振音が到達するまでにかかった時間をもとに算出する。
図４において、ｄ_aはＡＵＶ１０と物理センサ１８ａの距離、αはＡＵＶ１０からＯＢＣ１４に降ろした垂線の交点Ｐと物理センサ１８ａとの距離である。このとき、ｄは三平方の定理より次の数式で表される。
【数２】

ここで、αは、
【数３】

である。ただし、ｄ_bは、ＡＵＶ１０と物理センサ１８ｂとの距離である。この数式３を数式２に代入すると、
【数４】

と表される。ここで、ＡＵＶ１０と物理センサ１８ａおよび物理センサ１８ｂとの距離ｄ_a、ｄ_bは、発振音は音であるので、海水中の音速νとそれぞれの物理センサ１８ａ、１８ｂに発振音が到達するのにかかった時間の積で求めることができる。すなわち、ＡＵＶ１０から発せられた発振音が物理センサ１８ａおよび物理センサ１８ｂに到達するまでにかかった時間をそれぞれｔ_a、ｔ_bとすると、数式４は、
【数５】

と表される。ここで、Ｌは物理センサ１８の間隔であるので一定である。また、ＡＵＶ１０から発せられた発振音が物理センサ１８ａおよび１８ｂに到達するまでにかかった時間ｔ_a、ｔ_bは、前述のように、発振音の発振時刻と物理センサ１８ａ、１８ｂの受信時刻の差から得ることができる。よって、これらの値を数式５に代入すればｄの値を算出することができ、これにより算出されたｄの値を数式１に代入すればｘの値を得ることができる。
【００２３】
こうして算出したｘをゼロにするようにＡＵＶ１０を移動制御すると同時に、ソナーにより得られたｚの値を任意の一定値に保つよう移動制御することにより、ＡＵＶ１０をＯＢＣ１４に対する目的航行ラインに倣わせて移動させることができる。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明によれば、潜水艇の音源から発振させた音の発振時刻と、前記音が前記ケーブルに備えられた複数のセンサのうちから選択された２つのセンサに到達した時刻とにより前記潜水艇と前記２つのセンサそれぞれとの距離を求め、前記２つのセンサそれぞれと前記潜水艇との距離と、予め定められた前記２つのセンサ間の距離とに基づいて、前記潜水艇から前記着底ケーブルへ降ろした垂線の交点と、前記２つのセンサのうちの一方のセンサとの距離を求め、前記潜水艇と前記一方のセンサとの距離と、前記着底ケーブルへ降ろした垂線の交点と前記一方のセンサとの距離とに基づいて、前記潜水艇から前記着底ケーブルへ降ろした垂線の長さを算出し、潜水艇装備のソナーにより当該潜水艇と海底との距離を測定し、前記潜水艇から前記着底ケーブルへ降ろした垂線の長さと、前記潜水艇と海底との距離とに基づいて、前記潜水艇を上方から見た場合の前記着底ケーブルと、前記潜水艇との偏差を求め、前記偏差をゼロに近付けるとともに、前記海底高さ位置を一定に保つよう前記潜水艇を移動制御することにより、前記潜水艇を前記着底ケーブルに対する目的航行ラインに倣わせて移動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る海底物理探査における潜水艇の制御システムの一実施形態を示す構成図である。
【図２】同制御システムの一実施形態を示す要部ブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るＡＵＶの移動制御の手順を示すフロー図である。
【図４】ＡＵＶとＯＢＣの位置関係を示す説明図である。
【符号の説明】
１０………ＡＵＶ、１１………スラスタ、１２………母船、１３………音源、１４………ＯＢＣ、１５………ソナー、１６………海底、１７ａ、１７ｂ………超音波通信装置、１８………物理センサ、１９………コントローラ、２０………海面、２１………送信アンテナ、２２………ブイ、２３………受信アンテナ、２５………演算処理端末、２７………演算処理モジュール。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a submarine craft control method and system in submarine geophysical exploration in which subsurface geophysical exploration is performed by sound waves using a landing cable and a submarine.
[0002]
[Prior art]
As one of the methods of geophysical exploration under the seabed, by generating sound waves toward the seabed and analyzing the sound waves that have reached the seabed and the reflected waves that are reflected back from the ground, A method for obtaining physical information in the ground is known. In such a geophysical exploration method, a grounded cable (hereinafter referred to as OBC: Ocean) in which sensors for oscillating sound waves from a mother ship navigating the sea toward the seabed and receiving sound waves laid on the seabed are connected in a daisy chain. A method of receiving a sound wave by using “Bottom Cable”) is used.
[0003]
In such a method, a sound wave oscillated from a commonly used sound source has a long wavelength, and a sufficient resolution cannot be obtained for exploring a thin layer such as a natural gas layer. Further, if the distance between the sound source and the sensor included in the OBC is increased, the resolution of the analysis is reduced, so that it cannot be used for exploration in the deep sea and is limited to use in the shallow sea.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In view of this, it is conceivable to increase the resolution by navigating a sound source capable of oscillating short-wave sound waves into the sea and bringing the sound source close to several tens of meters above the OBC. In this method, it is necessary to move the sound source along the OBC when searching. However, it is difficult to accurately control the laying position of the OBC from the mother ship navigating at sea, so it is difficult to control the sound source to move along the OBC at a certain distance.
[0005]
The present invention pays attention to the above-mentioned problems, and controls the submarine craft in submarine geophysical exploration in which the submarine geophysical exploration accuracy can be improved by navigating a submarine equipped with a sound source in the vicinity of the OBC. And to provide a system.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a submarine control method in submarine geophysical exploration according to the present invention is provided along a landing cable comprising a plurality of sensors laid on the seabed and receiving signals for geophysical exploration. In a submarine control method in submarine geophysical exploration in which a submarine craft is moved, and a search signal is detected by oscillating a physical exploration sound from the submarine, the distance between the submarine and the seabed is determined by the sonar of the submarine equipment. Measuring the oscillation time of the sound oscillated from the sound source of the submarine, and the time when the sound reaches two sensors selected from a plurality of sensors provided on the cable. A distance between each of the two sensors is obtained, and the submersible craft is based on a distance between each of the two sensors and the submersible craft and a predetermined distance between the two sensors. The distance between the intersection of the vertical line dropped to the bottom cable and one of the two sensors is obtained, the distance between the submersible and the one sensor, and the vertical line dropped to the bottom cable. On the basis of the distance between the crossing point and the one sensor, the length of the perpendicular dropped from the submarine to the bottom cable, the length of the perpendicular dropped from the submarine to the bottom cable, Based on the distance between the submersible and the seabed, the deviation between the bottom cable and the submersible when the submersible is viewed from above is obtained, the deviation is brought close to zero, and the seabed height The submersible craft is controlled to move so as to keep its position constant, and is navigated. In this case, the length of the vertical line dropped from the submarine to the bottom cable is obtained by navigating the data of the oscillation time of the sound oscillated from the sound source and the data of the time when the two sensors received the sound. calculated by taking the arithmetic processing terminal provided in the mother ship, the deviation, the data length of the perpendicular line calculated in the mother ship via the sea communication means transmits to the submarine, the submarine is It may be obtained after the data of the length of the perpendicular is received.
[0007]
A submarine control system for submarine geophysical exploration according to the present invention includes a bottom cable comprising a plurality of sensors laid on the sea floor and receiving signals for geophysical exploration, and moves in the sea along the bottom cable. A submarine capable of receiving a sonar and a sound wave source, a first computing means capable of inputting a signal from the sensor, and a mother ship capable of communicating with the submersible . The calculating means is based on time data at which sound is generated from the sound wave oscillation source of the submarine and data on time at which the sound reaches two sensors selected from a plurality of sensors provided on the cable. The distance between the submersible craft and each of the two sensors is determined, and the distance between the submersible craft and each of the two sensors is determined based on a predetermined distance between the two sensors. The distance between the intersection of the perpendicular line dropped from the submarine to the bottom cable and one of the two sensors is obtained, the distance between the submarine and the one sensor, and the bottom cable The length of the perpendicular dropped from the submarine to the bottom cable is calculated based on the intersection of the perpendicular dropped down to the one sensor, and the submarine is connected to the mother ship. Based on the length of the vertical line dropped from the submarine received from the communication to the landing cable and the distance between the submarine and the seabed determined by the sonar, the landing when the submarine is viewed from above. A second calculation means for obtaining a deviation between the bottom cable and the submarine, and a control means for navigating the submarine while moving the submarine so that the deviation approaches zero and the seafloor height position is kept constant. Have It is characterized in.
[0008]
[Action]
According to the above configuration, when the submersible sails in the state of being close to the OBC, sound is oscillated from the sound source mounted on the submersible, and this is detected by the sensor on the OBC and the position information of the submersible relative to the OBC. Is obtained. A correction signal for navigating along the OBC can be calculated from the position information for the OBC and the depth information by the sonar included in the submersible. As a result, the navigation route of the submersible can be corrected, and the propulsion control means such as the thruster is controlled by the controller, and the submersible craft is controlled along the bottom cable to maintain a certain positional relationship following the target navigation line. Can be moved reliably.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, specific embodiments of a submarine control method and system in submarine geophysical exploration according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a submersible craft control system in submarine geophysical exploration according to the present invention, and FIG.
[0010]
1 and 2, reference numeral 10 denotes an AUV (Autonomous Underwater Vehicle), which is a submersible craft, 12 denotes a mother ship, and 14 denotes an OBC. In this configuration, the AUV 10 is an unmanned submersible that can run underwater. The AUV 10 obtains propulsive force by a screw and at the same time, is capable of rotating to make a thruster 11 that performs vertical direction and horizontal direction control and attitude control, and a sound wave for exploring the seabed and for position detection and control. A sound source 13 that oscillates sound and a sonar 15 that measures the distance from the seabed are provided. These are controlled via a controller 19 as control means through

ultrasonic communication devices

17a and 17b enabling communication between the AUV 10 and the mother ship 12. The AUV 10 performs an exploration by moving upward from 10 meters to several tens of meters along the OBC 14 by a movement control method described later and oscillating a sound wave toward the seabed 16. The control of the AUV 10 from the mother ship 12 may be performed by wired communication.
[0011]
The physical exploration method with the above system configuration is generally performed as follows. The sound wave oscillated from the AUV 10 reaches the seabed 16 through the sea. Since sound waves have the property of reflecting at the interface between different materials, some of them are reflected by the seabed 16 and some are propagated in the ground below the seabed. For example, there are strata and natural gas layers in the ground. Then it will be reflected back at the interface. By continuously capturing and analyzing the reflected sound wave and the sound wave reaching the seabed in the horizontal direction, information about the underground under the seabed can be obtained.
[0012]
The sound wave that has reached the seabed 16 and the reflected sound wave are captured by the OBC 14. The OBC 14 is laid on the seabed 16 and includes a physical sensor 18 including a geophone (physical sensor) and a hydrophone (underwater microphone) that receive signals for physical exploration at regular intervals in the cable longitudinal direction. The geophone included in the physical sensor 18 receives a sound wave that has reached the seabed 16 and a reflected wave from the ground, and can transmit it. In the present embodiment, it is assumed that the OBC 14 is laid in the deep sea of about 1000 m or more. The OBC 14 is connected to a buoy 22 having a transmitting antenna 21 that is floated on the sea surface 20 and can transmit a signal to the mother ship 12. A signal generated by receiving the sound wave passes through the cable and passes through the buoy 22. To the mother ship 12. The mother ship 12 obtains underground information by receiving and analyzing this signal with the receiving antenna 23. In this way, the geophysical exploration under the seabed is possible by analyzing the sound waves that are reflected and returned from the seabed 16 and the underground under the seabed.
[0013]
As described above, in the method of obtaining underground information by oscillating a sound wave from the AUV 10 and continuously capturing the sound wave reaching the seabed 16 and the sound wave reflected in the ground in the horizontal direction, Since the resolution is lowered when the receiving unit is separated, the sound wave oscillation source and the seabed 16 must be as close as possible to perform a more precise survey. That is, the AUV 10 needs to move near the seabed along the OBC 14 so as not to leave the OBC 14.
[0014]
Therefore, in the control system shown in this embodiment for carrying out the submersible craft control method in submarine geophysical exploration according to the present invention, the AUV 10 moves so as to follow the target navigation line for the OBC 14 by the method described below. Perform movement control.
[0015]
The movement of the AUV 10 is controlled based on the position information of the sound oscillated from the sound source 13 and the OBC 14 obtained using the sonar 15. As will be described in detail later, as shown in FIG. 2, first, a sound for position detection / control is oscillated from the sound source 13, and this oscillation sound is received by the hydrophone of the physical sensor 18 provided in the OBC 14. The OBC 14 is connected to a buoy 22 having a transmitting antenna 21 that is floated on the sea surface 20 and can transmit a signal to the mother ship 12, and a signal generated by receiving the oscillation sound passes through the buoy 22 through a cable. And transmitted to the mother ship 12. The mother ship 12 has a reception antenna 23 that receives a signal transmitted from the transmission antenna 21 of the OBC 14, and the received signal is input to the arithmetic processing terminal 25 and processed. The calculation result data is transmitted to the AUV 10 through the ultrasonic communication device 17b, and the AUV 10 receives this data by the ultrasonic communication device 17a. The received data is arithmetically processed by the arithmetic processing module 27 together with the distance data from the seabed measured by the sonar 15, and the controller 19 controls the thruster 11 based on the result of the arithmetic processing, so that the target navigation line for the OBC 14 is set. The movement of the AUV 10 is controlled following this.
[0016]
Next, a procedure for controlling the movement of the AUV 10 along the target navigation line for the OBC 14 will be described in detail.
When the AUV 10 performs a physical exploration in the vicinity of the seabed using sound waves, the AUV 10 and the OBC 14 are in a positional relationship as shown in FIG. In FIG. 4, d is the distance between the AUV 10 and the OBC 14, z is the distance (depth) between the AUV 10 and the seabed 16, x is the deviation from the OBC 14 when the AUV 10 navigation line is viewed from above, and L is the physical sensor 18. It is an interval.
[0017]
Here, in order to move the AUV 10 just above the OBC 14 along the cable line, the deviation x on the plane between the AUV 10 and the OBC 14 may be brought close to zero and kept at a depth that does not collide with the seabed. That is, if the value of x is always brought close to zero and the movement of the z value is kept constant at an arbitrary value within the allowable range where there is no risk of collision, the AUV 10 can easily follow the target navigation line for the OBC 14. It is possible to move.
[0018]
Hereinafter, operations in the AUV 10, the OBC 14, and the mother ship 12 will be described with reference to the flowcharts of FIGS.
First, in step 100, the AUV 10 oscillates a sound for position detection / control from the sound source 13, and transmits oscillation time data to the mother ship 12 through the ultrasonic communication device 17a. In the mother ship 12, the ultrasonic communication device 17b. To receive this. At the same time, the distance z to the seabed 16 is measured by the sonar 15. In step 101, the oscillation sound is received by the hydrophone of the physical sensor 18 included in the OBC 14. The OBC 14 that has received the oscillation sound transmits the reception time data to the mother ship 12 via the transmission antenna 21 in step 102. In step 103, the mother ship 12 oscillates the oscillation sound from the oscillation sound reception time data of the physical sensor 18 received by the receiving antenna 23 and the oscillation sound oscillation time data sent from the AUV 10 in step 100. The time required to reach the physical sensor 18 is calculated by the calculation processing terminal 25 as the first calculation means. Next, in step 104, the distance d between the AUV 10 and the OBC 14 is calculated by the method described later from the time required for the oscillation sound obtained in step 103 to reach the physical sensor 18 and the interval L between the physical sensors 18. Subsequently, in step 105, the mother ship 12 transmits the calculated numerical value data of d to the AUV 10 by the ultrasonic communication device 17b. In step 106, the AUV 10 is the second calculation means incorporated in the AUV 10 based on the value of d received by the ultrasonic communication device 17a and the value of z measured by the sonar 15 in step 100. The value of x is calculated by the arithmetic processing module 27 by a method described later. In step 107, the thruster 11 is controlled from the mother ship 12 via the

ultrasonic communication devices

17a and 17b and the controller 19 so that the value of x approaches zero and the value of z approaches an arbitrary value, and movement control of the AUV 10 is performed. .
[0019]
By repeatedly performing the movement control of the AUV 10 during navigation in the above procedure, the AUV 10 is moved following the target navigation line for the OBC 14 even when the laying position of the OBC 14 cannot be captured from the mother ship 12. Is possible.
[0020]
Next, a method for calculating the value of x necessary for the movement control of the AUV 10 will be described.
Since the value of x cannot be directly measured, the value of x is obtained from the following Equation 1 using the three-square theorem from the distance d between the AUV 10 and the OBC 14 and the distance z between the AUV 10 and the seabed 16.
[Expression 1]

Here, the value of z can be obtained by the sonar 15 included in the AUV 10 as described above. Therefore, if the value of d is obtained, the value of x can be obtained. Therefore, the value of d is obtained by the following method.
[0021]
The value of d is calculated based on the value obtained by calculating the distance between the AUV 10 and the physical sensor 18 from the time taken for the oscillation sound to be emitted from the AUV 10 and reaching the physical sensor 18 of the OBC 14.
The oscillation sound oscillated from the AUV 10 is sequentially received by the physical sensor 18 far from the physical sensor 18 located closest to the AUV 10. At this time, if the time taken for the oscillation sound to reach two different physical sensors 18 is known, the value of d can be obtained.
[0022]
Here, as shown in FIG. 4, the calculation is based on the time taken for the oscillation sound to reach the sensor 18a located closest to the AUV 10 and the sensor 18b located closest to the second.
In FIG. 4, d _a is the distance AUV10 and physical sensors 18a, alpha is the distance of the perpendicular intersection P and the physical sensor 18a that down to OBC14 from AUV10. At this time, d is expressed by the following equation from the three-square theorem.
[Expression 2]

Where α is
[Equation 3]

It is. However, d _b is the distance between the AUV10 and physical sensor 18b. Substituting Equation 3 into Equation 2,
[Expression 4]

It is expressed. Here, the distance d _a between AUV10 and physical sensors 18a and physical sensors 18b, d _b is the oscillation sound is the sound speed of sound in sea water ν and each physical sensor 18a, the oscillation sound from reaching 18b It can be calculated by the product of the time taken for. That is, assuming that the times taken for the oscillation sound emitted from the AUV 10 to reach the physical sensor 18a and the physical sensor 18b are t _a and t _b , respectively,
[Equation 5]

It is expressed. Here, L is constant because it is the interval between the physical sensors 18. Further, as described above, the times t _a and t _b required for the oscillation sound emitted from the AUV 10 to reach the

physical sensors

18a and 18b are the oscillation time of the oscillation sound and the reception times of the

physical sensors

18a and 18b. Can be obtained from the difference. Therefore, the value of d can be calculated by substituting these values into Equation 5, and the value of x can be obtained by substituting the value of d thus calculated into Equation 1.
[0023]
The AUV 10 is controlled to move so that x calculated in this way becomes zero, and at the same time, the AUV 10 is made to follow the target navigation line for the OBC 14 by controlling the movement so as to keep the value of z obtained by the sonar at an arbitrary constant value. Can be moved.
[0024]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the oscillation time of the sound oscillated from the sound source of the submersible and the time when the sound reaches two sensors selected from a plurality of sensors provided in the cable. To determine the distance between the submersible craft and each of the two sensors, and based on the distance between each of the two sensors and the submersible craft and the predetermined distance between the two sensors. The distance between the intersection of the vertical line dropped from the bottom to the bottom cable and one of the two sensors is obtained, the distance between the submarine and the one sensor, and the vertical line dropped to the bottom cable Calculate the length of the perpendicular dropped from the submarine to the bottom cable based on the intersection of the submarine and the one sensor, and measure the distance between the submarine and the seabed using the sonar equipped with the submarine. And Based on the length of the perpendicular dropped from the submarine to the bottom cable and the distance between the submarine and the seabed, the bottom cable when the submarine is viewed from above, and the submarine A deviation is obtained, the deviation is brought close to zero, and the submarine is moved and controlled so as to keep the seafloor height position constant, so that the submarine is moved in accordance with a target navigation line for the landing cable. be able to.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of a submersible craft control system in submarine geophysical exploration according to the present invention.
FIG. 2 is a principal block diagram showing an embodiment of the control system.
FIG. 3 is a flowchart showing a procedure of AUV movement control according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a positional relationship between AUV and OBC.
[Explanation of symbols]
10 ......... AUV, 11 ......... Thruster, 12 ...... Mother ship, 13 ......... Sound source, 14 ......... OBC, 15 ......... Sonah, 16 ...... Submarine, 17a, 17b ...... Ultrasound Communication device, 18 ......... Physical sensor, 19 ......... Controller, 20 ......... Sea surface, 21 ......... Transmitting antenna, 22 ...... Buy, 23 ......... Receiving antenna, 25 ...... A processing terminal, 27: An arithmetic processing module.

Claims

Submarine physics that detects exploration signals by moving a submarine along a bottomed cable laid on the seabed and receiving a plurality of sensors for receiving geophysical exploration signals and oscillating a physical exploration sound from the submersible In the control method of submersible craft in exploration,
Measure the distance between the submarine and the seabed using the sonar equipped with the submarine,
The submersible craft and the two sensors are based on the oscillation time of the sound oscillated from the sound source of the submersible craft and the time when the sound reaches two sensors selected from a plurality of sensors provided on the cable. Find the distance to each
Based on a distance between each of the two sensors and the submersible and a predetermined distance between the two sensors, an intersection of perpendiculars dropped from the submersible to the bottom cable, and the two sensors Find the distance to one of the sensors,
Based on the distance between the submarine and the one sensor, and the intersection of the perpendicular drawn to the bottom cable and the distance from the one sensor, the length of the vertical dropped from the submarine to the bottom cable Calculate
Based on the length of the perpendicular dropped from the submarine to the bottom cable and the distance between the submarine and the seabed, the bottom cable when the submarine is viewed from above, and the submarine Find the deviation,
A submarine control method in submarine geophysical exploration, wherein the deviation is brought close to zero and the submarine is moved and controlled to keep the seafloor height position constant.

The length of the vertical line dropped from the submarine to the landing cable is provided in the marine navigation mother ship with data of the oscillation time of the sound oscillated from the sound source and data of the time when the two sensors received the sound. was calculated by taking the arithmetic processing device, the deviation, the data length of the perpendicular line calculated in the mother vessel through the sea communication means transmits to the submarine, the submarine is the perpendicular line 2. The method for controlling a submersible craft in submarine geophysical exploration according to claim 1, characterized in that it is obtained after receiving length data .

And wearing bottom cable comprising a plurality of sensors for receiving laid geophysical signal on the seabed, the submarine having a movable and are sonar and ultrasonic oscillation source underwater along the-grounding cable, from the sensor Having a first calculation means capable of inputting a signal of, and a mother ship capable of communicating with the submersible craft,
The first computing means includes time data when a sound is emitted from a sound wave oscillation source of the submarine, and data of time when the sound reaches two sensors selected from a plurality of sensors provided in the cable. And determining the distance between the submersible craft and each of the two sensors, and based on the distance between the submersible craft and each of the two sensors, and a predetermined distance between the two sensors. The distance between the intersection of the perpendicular line dropped from the submarine to the bottom cable and one of the two sensors is obtained, the distance between the submarine and the one sensor, and the bottom cable Based on the intersection of the perpendicular line and the distance between the one sensor, the length of the perpendicular line dropped from the submarine to the bottom cable shall be calculated.
The submersible is based on the length of the perpendicular dropped from the submarine received from the mother ship to the bottom cable and the distance between the submarine and the seabed determined by the sonar. A second cable for calculating a deviation between the bottom cable when the submersible is viewed from above and the submersible;
A submersible craft control system in submarine geophysical exploration, comprising control means for navigating the submersible craft so that the deviation approaches zero and the seafloor height position is kept constant.