JP4895914B2 - 水上／水中航走体監視装置 - Google Patents

Description

本発明は、水上又は水中航走体（以下、航走体という）の監視装置に関し、特にその機能評価に関する。

従来、監視装置の機能評価の際には、航走体を監視する監視装置は水中に設置され、機能評価のための試験対象の船舶がその監視装置の近傍を航走したときには、監視装置がその船舶を検出して内蔵する機器を動作させ、監視装置が正常に機能していることを試験対象の船舶等に知らせていた。

しかしながら、監視装置が予期したような機能をしていない場合には、何故そのような結果になったかをその場では把握できなかった。監視装置側において船舶の航走諸元を知ることができないので、監視装置がシグネチャを検知して船舶の大きさ等を含む航走諸元を判定する所定のシーケンスが起動したものの、所望の判定結果が得られるまでには至らなかった場合には、どうしてその判定結果が得られなかったかを解明することができなかった。例えば図７に示されるような場合には、監視装置２０が船舶１に対して所定の距離よりも外側にあるため、監視装置２０は船舶１を検出することができない。しかしながら、監視装置２０と船舶１との位置関係がはっきりしない限り、図８に示されるように両者が所定の距離内にあったにもかかわらず検出できなかったのではないかという疑念が残る。また、現実に図８のような状況でありながら所望の判定結果が得られなかったのであれば、試験中にその原因を明らかにして再試験をする必要がある。しかしながら、監視装置２０が船舶１の位置情報を含めて船舶２０の航走諸元を把握していないことから、監視装置２０の判定結果についての適切な評価をすることができなかった。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、その判定結果評価、即ち適切に機能しているか否かの判断を適切に行うことを可能にした航走体監視装置を提供することを目的とする。

本発明に係る航走体監視装置は、水中に配置され、水上又は水中航走体（以下、航走体という）を監視する監視装置において、前記航走体が発するシグネチャを検出するためのセンサ部と、前記航走体から少なくともその位置情報を含む航走諸元情報を受信する受信部と、前記受信部からの航走諸元情報に含まれた位置情報に基づいて、少なくとも前記航走体との距離を求めるとともに、前記センサ部の出力に基づいて監視データを生成する演算処理部と、前記演算処理部が求めた距離データ及び監視データを記録する記録部とを備えたものである。

本発明に係る航走体監視装置は、前記記録部に記録された距離データ及び前記監視データの何れか一方又は双方を前記航走体側に送信する送信部を更に有する。

本発明に係る航走体監視装置は、水中に配置され、航走体を監視する監視装置において、前記航走体が発するシグネチャを検出するためのセンサ部と、前記航走体から少なくともその位置情報を含む航走諸元情報を受信する受信部と、前記受信部からの航走諸元情報に含まれた位置情報に基づいて前記航走体との距離を求めるとともに、前記センサ部の出力に基づいて監視データを生成し、前記監視データ及び距離データに基づいて監視装置本体の機能を評価する演算処理部とを備えたものである。

本発明に係る航走体監視装置は、前記演算処理部が評価した評価データを外部の試験対象の航走体側に送信する送信部を更に有するものである。

本発明に係る航走体監視装置は、前記演算処理部が評価した評価データを記録する記録部を更に有する。

本発明に係る航走体監視装置は、前記演算処理部が生成した監視データが所定の条件を満たしたとき所定の機器を動作させる動作出力部を更に備えたものである。

本発明においては、試験対象の航走体側から位置情報を含む航走諸元情報を取得し、その位置情報に基づいて試験対象の航走体との距離を求め、その距離データとセンサ部の出力とを記録部に保存するようにしており、航走体監視装置を海中から引き上げて記録部に保存されているデータを読み出すことにより、その判定結果の評価を適切に行うことが可能になっている。

また、センサ部により得られた監視データと、航走体から取得した位置情報等とにより監視装置本体の判定結果を評価し、その評価結果を試験対象の航走体側に送信するようにしたので、航走体側において評価結果を適切に且つ迅速に行うことが可能になっている。

図１は本発明の実施形態１に係る船舶に搭載される試験装置の一例を示す構成図である。この試験装置１０は、位置検出情報を所得するために例えばＧＰＳ（Global Positioning System ）１１が接続された航走諸元送信部１２、音響コマンド送受信部１３、評価受信部１４及び評価表示部１５から構成されている。この試験装置１０の航走諸元送信部１２は、ＧＰＳ（Global Positioning System ）１１により測位した位置情報、測位時刻、船種（例えば、大型船、小型船等）等を含む航走諸元情報を音響コマンドに変換して音響コマンド送受信部１３から音響信号として発信する。なお、上記の測位時刻は、例えば時系列に並べたり航走速度を計算する際に用いられる。また、音響コマンド送受信部１３を用いて音響信号で伝送するのは、水中においてデータ通信する手段として音響が最も一般的であるからである。また、評価受信部１４は、音響コマンド送受信部１３を介して航走体監視装置２０からの評価結果を受信し、評価表示部１５はその評価結果を表示する。

なお、試験装置１０が搭載されている船舶（図７参照）は、ここでは、図２の航走体監視装置が監視対象（機能評価のための監視）としている船舶が発生するのと同様なシグネチャを発生する必要があり、監視対象としての航走体を正確に模擬したものとするか、模擬した航走体を牽引するか、又は監視対象の航走体と同様なシグネチャを発信するものとする。

図２は本発明の実施形態１に係る航走体監視装置の構成図である。この航走体監視装置２０は、輻輳海域、外国船舶の領海侵犯などが予測される海域に設置され、設置箇所の周辺海域を通行する船舶（航走体）の航走状態やその船種などを判別して記録するものであり、センサ部２１、信号処理部２２、記録部２３、動作出力部２４、音響コマンド送受信部２５及び評価部２６から構成されている。設定部２７は航走体監視装置２０にデータを予め設定する際に装着されて用いられ、通常の使用状態においては外されるが、操作パネルのようにして装着された状態にしておいてもよい。なお、記録部２３は記録されたデータを無電源状態でも保存するために不揮発性のメモリを使用するのが望ましい。また、上記の信号処理部２２及び評価部２６は本発明の演算処理部２８を構成している。

センサ部２１は、船舶を監視する時は、船舶が水上又は水中を航走する際に周囲に放射する信号（シグネチャ）を捕らえる。シグネチャの種類としては、磁気、音響、水圧、水中電界等がある。磁気信号は、船舶の大きさなどに応じた信号形態となり、レベルの大きさ、信号が継続する時間、信号の波形（レベルが大きくなる山がいくつあるかなど）の特徴によって船種の判別を行うことになる。音響は、レベル変化が磁気信号ほど顕著でない場合が多いが、プロペラ回転数、主機回転数×プロペラ枚数、大型補機の回転数などに起因する周波数に特徴的なスパイク信号が出ることが多いため、これらの特徴を捉えて船種を判別する。水圧は、流体中を物体が移動すればかならずその周囲に圧力変動を生じるためそれを捕らえる。一般的にいったん圧力が上昇したあと圧力が低下し最接近時にもっとも低下する。水中電界は、一般的には防食装置に起因する微弱な電界が船舶の周囲に発生しているのでそれを捕らえる。また、水中電界は、一般的にはプロペラが陰極となることが多く、主機回転数×プロペラ枚数に起因した微小な脈動のような信号が重畳することがあるため、こちらの信号を捕らえることができれば音響同様に船舶の船種の判別が可能である。

信号処理部２２は、センサ部２１からの上記の信号（シグネチャ）を処理して、検出対象となっている航走体の船種・距離等を判別して、記録部２３に保存するとともに、その判別結果が所定の条件を満たしたときに、動作出力部２４を起動して所望の動作をさせる。この航走体監視装置２０が、例えばその機能を評価するために試験用として設定されている場合（勿論、設定により通常の監視装置としても機能する）には、動作出力部２４に音響出力手段、浮標等（何れも図示せず）を取り付けて、海上の船舶側に報知させるようにする。或いは、動作出力部２４が起動した旨の情報を音響コマンドに変換した後に、後述の音響コマンド送受信部２５から音響信号として発信する。

また、本実施形態１の航走体監視装置２０は、上記のように音響コマンド送受信部２５を備えており、音響コマンド送受信部２５が船舶側の音響コマンド送受信部１３からの当該船舶の航走諸元情報（位置情報、測位時刻、船種等）を含んだ音響信号を受信し、信号処理部２２はその受信信号を取り込んで復号処理をし、評価部２６に出力して評価に使用するとともに、記録部２３に保存する。評価部２６は、信号処理部２２において演算処理された航走体の船種・距離等の監視データと、船舶側から送られてきた航走諸元情報とを対比して、航走体監視装置２０の判定結果（又は判定状況）を評価し、その評価結果を信号処理部２２に出力する。信号処理部２２はその評価結果を記録部２３に保存するとともに、音響コマンドに変換して音響コマンド送受信部２５を介して船舶側に音響信号として発信する。

航走体監視装置２０は、上記のように船舶側から位置情報を取得して、その判定結果を評価する際に用いているが、その理由の概要は次のとおりである。
航走体監視装置２０として成立するためには、一定の精度（信頼性）で確実に船舶の発する信号が捉えられていることを確認する必要がある。そのためには航走体監視装置２０の監視結果と既知の航跡を航走した船舶等の航跡情報を比較し要求する精度を満たしていることを確認する必要がある。敷設時やその他適当な時に、航跡を航走体監視装置２０に音響信号などで送出できる機能を有する機材を例えば巡視船に搭載し、定められた航路を航走させその時の航走（航跡）データを航走体監視装置２０に伝送し、航走体監視装置２０において監視精度の評価を行い、その評価結果を航走体監視装置２０から音響信号などで巡視船等の船舶上に返送することができるので、求める精度で機能しているか否かを直ちに評価することができる。そして、万一問題があれば回収して点検整備を行い再度敷設するなどの作業を迅速に行うことができる。こうしたことを含めてその詳細を図３のフローチャートに基づいて説明する。

図３は航走体監視装置２０の演算処理の過程を示したフローチャートの一例であり、その動作の概要を便宜上時系列に説明する。
（Ｓ１１）信号処理部２２は、センサ部２１の出力を取り込んで監視データ（例えば距離データ、船種データ、そのときの時刻データ）を生成する。
（Ｓ１２）信号処理部２２は、音響コマンド送受信部２５からの受信データ（航走諸元情報）を取り込む。
（Ｓ１３）信号処理部２２は、上記の監視データと上記の受信データとを関連付けて記録部２３に保存するとともに、それらのデータを評価部２６に出力する。評価部２６には、航走体監視装置２０の敷設位置が設定部２７により設定されており、この敷設位置と上記の受信データに含まれる位置情報とに基づいて、船舶と航走体監視装置２０との距離を求めることができるように構成されている。
（Ｓ１４）上記の監視データの内、センサ部２１が検知した距離データ（実シグネチャ）が例えば後述の図４に示されるように変化すると、最接近位置で最大値をとることになる。信号処理部２２は監視データが所要の条件を満たしているかどうか、即ちこの例では距離データ（実シグネチャ）が最大値をとっているかどうかを判定する。最大値をとっていない場合には上記の処理（Ｓ１１）に移行し、処理（Ｓ１１）〜（Ｓ１４）を繰り返す。

（Ｓ１５）信号処理部２２は、上記の判定（距離データが最大値をとっているかどうか）の後、距離データ（実シグネチャ）が所要の条件を満たしているかどうかを判定する。
（Ｓ１６）信号処理部２２は、距離データ（実シグネチャ）が所要の条件を満たしていると判定した場合（後述の図４参照）には、動作出力部２４を駆動させる。これにより内蔵した例えば浮標を海上に浮上させたり、或いは内蔵する音響装置により音を発生させるようにする等の所望の動作をさせる。信号処理部２２は、所要の条件を満たしていないと判定した場合（後述の図５、図６参照）には動作出力部２４を駆動させずに、次の処理（Ｓ１７）に移行する。
（Ｓ１７）また、評価部２６は、このときの船舶と航走体監視装置２０との距離を求めて、その距離データ（基準距離）とセンサ部２１が検知した距離データ（実シグネチャ）とを評価データとして信号処理部２２に出力する。信号処理部２２はその評価データを音響コマンドに変換して音響コマンド送受信部２５から音響信号として船舶側に発信する。船舶では、評価受信部１４が音響コマンド送受信部１３を介して航走体監視装置２０からの評価データ等を受信し、評価表示部１５に表示させる。例えば船舶と航走体監視装置２０との距離が分かっていれば、図７のような関係があったか、或いは図８のような関係があったかが直ちに判断できる。図８のような関係であったにもかかわらず、動作出力部２４が駆動しなかった場合又は駆動した旨の情報が船舶側に発信されなかった場合には何らかの問題があったことになる。また、図７のような関係にあったときに動作出力部２４が駆動した又は駆動した旨の情報が船舶側に発信された場合においても同様に何らかの問題があったことになる。また、音響コマンド送受信部２５から距離データを発信する際に、評価部２６が監視対象の船舶検出の成立／不成立を評価して、それらの情報についても併せて発信すれば、船舶側においてより迅速に状況を把握することが可能になる。

図４は上記の処理（Ｓ１６）において監視対象の船舶を検出する際の信号の関係を示した信号チャートの一例であり、横軸は時間軸、縦軸は信号レベルである。監視対象となる船舶のシグネチャを待ち受けシグネチャとして想定し（これは監視対象の船舶の種類によって異なった特性になる）、或る程度の許容幅をもった許容上限及び許容下限をもったシグネチャを基準信号とし、それに合致するシグネチャを検出した場合に該当する船舶を検出したとして、動作出力部２４を駆動させる。このため、仮に、図８のような位置関係があったとしても、図４のような条件を満たしていない場合には、つまり、図５及び図６に示されるように、検出したシグネチャが許容上限と許容下限との間に含まれなければ動作出力部２４が駆動しない。したがって、航走体監視装置２０の動作モードによっては、どのような状態で検知されていたかを併せて船舶側に送信することでより正確に監視状態を把握することができる。

以上のように本実施形態１においては、船舶側から位置情報等を取得して、その位置情報に基づいて船舶との距離を求め、その距離データとセンサ部２１の出力（距離データ）とを評価データとして記録部２３に保存するようにしており、航走体監視装置２０を海中から引き上げて記録部２３に保存されているデータを読み出すことにより、航走体監視装置２０の機能を評価することが可能になっている。

また、センサ部２１により得られた監視データと、船舶から取得した位置情報等とによって監視装置本体の試験結果を評価するようにしてそれを船舶側に送信するようにしたので、船舶側においては状況を迅速に把握することが可能になっている。

なお、上記の実施形態の説明においては、演算処理部２８を例えば信号処理部２２と評価部２６とに機能的に分離して説明したが、１つのハードウェア（例えばマイコン）を実装してマルチタスク処理によってソフトウェア的に並行して同様な処理を行うようにしてもよい。このことは、図３のフローチャートにおいても同様であり、同図に示されるように時系列に行う必要はなく並行処理してもよい。

また、通信手段として、音響コマンド送受信部２５を用いた例について説明したが、音響信号を使用せず、航走体監視装置２０から小型の無線ブイを浮上させ、無線通信（又は有線通信）によって船舶側とデータ通信するようにしてもよい。或いは、他の通信手段として、例えば芯線のみに近い極細い光ファイバを何らかの方法で監視装置と結合しておき、走行する船舶と結合しておき、走行する船舶はこれを繰り出しながら光通信を行うようにしてもよい。
また、上記の実施形態においては、試験装置１０の測位のためにＧＰＳ１１を搭載した例について説明したが、人工衛星を使用した類似の広域位置決定システムであっても良いし、或いは、従来からの航法システム、オメガ、ロラン、デッカ等のローカルな位置決定システムを利用しても良い。
また、上記の実施形態においては、船舶１０に、航走諸元送信部１２、音響コマンド送受信部１３、評価受信部１４及び評価表示部１５を搭載した例について説明したが、航走諸元送信部１２及び音響コマンド送受信部１３の送信部分は、試験対象船１０に搭載する必要があるが、受信部分、即ち、音響コマンド送受信部１３、評価受信部１４及び評価表示部１５を、第３の監督船のようなものに搭載し、試験状況を試験海域の近傍に第３者的に観察するようにしてもよい。
また、上記の実施形態においては、試験対象の航走体として船舶の例について説明したが、本発明は水中を航走する水中航走体においても同様に適用される。

本発明の実施形態１に係る船舶側に搭載される試験装置の構成図である。 本発明の実施形態１に係る航走体監視装置の構成図である。 航走体監視装置の演算処理の過程を示したフローチャートである。 図３の処理において監視対象の船舶を検出する際の信号の関係を示した信号チャートである。 実シグネチャが許容上限を超えている例を示した信号チャートである。 実シグネチャが許容下限を下回っている例を示した信号チャートである。 航走体監視装置が船舶を検出することができない海域の説明図である。 航走体監視装置が船舶を検出することができる海域の説明図である。

符号の説明

１０ 試験装置、１２ 航走諸元送信部、１３ 音響コマンド送受信部、１４ 評価受信部、１５ 評価表示部、２０ 航走体監視装置、２１ センサ部、２２ 信号処理部、２３ 記録部、２４ 動作出力部、２５ 音響コマンド送受信部、２６ 評価部、 ２７ 設定部、２８ 演算処理部。

Claims (6)

1. 水中に配置され、水上又は水中航走体（以下、航走体という）を監視する監視装置において、
   前記航走体が発するシグネチャを検出するためのセンサ部と、
   前記航走体から少なくともその位置情報を含む航走諸元情報を受信する受信部と、
   前記受信部からの航走諸元情報に含まれた位置情報に基づいて、少なくとも前記航走体との距離を求めるとともに、前記センサ部の出力に基づいて監視データを生成する演算処理部と、
   前記演算処理部が求めた距離データ及び監視データを記録する記録部と
   を備えたことを特徴とする航走体監視装置。
2. 前記記録部に記録された距離データ及び前記監視データの何れか一方又は双方を前記航走体側に送信する送信部を
   更に有することを特徴とする請求項１記載の航走体監視装置。
3. 水中に配置され、水上又は水中航走体（以下、航走体という）を監視する監視装置において、
   前記航走体が発するシグネチャを検出するためのセンサ部と、
   前記航走体から少なくともその位置情報を含む航走諸元情報を受信する受信部と、
   前記受信部からの航走諸元情報に含まれた位置情報に基づいて前記航走体との距離を求めるとともに、前記センサ部の出力に基づいて監視データを生成し、前記監視データ及び距離データに基づいて監視装置本体の機能を評価する演算処理部と
   を備えたことを特徴とする航走体監視装置。
4. 前記演算処理部が評価した評価データを外部の前記試験対象の航走体側に送信する送信部を
   更に有することを特徴とする請求項３記載の航走体監視装置。
5. 前記演算処理部が評価した評価データを記録する記録部を更に有することを特徴とする請求項３又は４記載の航走体監視装置。
6. 前記演算処理部が生成した監視データが所定の条件を満たしたとき所定の機器を動作させる動作出力部を
   更に備えたことを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の航走体監視装置。

Images