JP6324293B2

JP6324293B2 - 離着水支援装置

Info

Publication number: JP6324293B2
Application number: JP2014219515A
Authority: JP
Inventors: 勝治今城; 玉川　恭久; 恭久玉川
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2014-10-28
Filing date: 2014-10-28
Publication date: 2018-05-16
Anticipated expiration: 2034-10-28
Also published as: JP2016085169A

Description

この発明は、水上の風向風速値を計測して波高を推定する離着水支援装置に関するものである。

従来から、波高を推定する技術として、海上風データ（気象庁のＧＰＶ（ＧｒｉｄＰｏｉｎｔＶａｌｕｅ）データ）を用いて、ウィルソンＩＶ式によって波高を求める技術がある（例えば特許文献１参照）。
また、レーザ光を水面に照射して得られる波浪映像から波長を求め、モデルを用いて波高を推定する技術もある（例えば特許文献２参照）。

実用新案登録第３１３１６８３号特開昭５５−１６２４３号公報

しかしながら、特許文献１に開示された従来技術で用いるＧＰＶデータは、５ｋｍメッシュ又は２０ｋｍメッシュの気象予報であり、空間分解能が低い。そのため、限定的に風速が強い領域での波高推定には課題がある。
また、特許文献２に開示された従来技術では、波浪映像を得る際にレーザ光を掃引している。そのため、掃引時間等による誤差が生じるという課題がある。

また、航空機の離着水を支援する場合には、波高の推定だけではなく、着水できる領域や離着水する際の侵入経路の計算、危険個所の推定を実施する必要がある。しかしながら、上記特許文献１，２に開示された従来技術では、上記のような離着水支援のための計算、推定は実施していない。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、従来技術に対して波高を精度よく推定することができる離着水支援装置を提供することを目的としている。

この発明に係る離着水支援装置は、水上の風向風速値を計測する風計測レーザレーダと、風計測レーザレーダにより計測された風向風速値から、モデルを用いて前記水上の波高を推定する波高推定部と、前記水上に光を照射して当該水上からの反射光を受光することで、水面画像を撮像するアクティブカメラと、前記アクティブカメラにより撮像された水面画像から波紋を抽出し、自機が搭載された飛行物体の高度及び角度により補正を行うことで当該水面画像の波の波長を推定する波長推定部と、前記波長推定部により推定された波長に従い、前記アクティブカメラにより撮像された水面画像を、同一波長毎の領域に区分けする波長マッチング部と、前記波長マッチング部により区分けされた領域毎の波高が、前記風計測レーザレーダにより当該領域内に対して計測が行われ前記波高推定部により推定された波高であるとして推定する広域波高推定部とを備えたものである。

この発明によれば、上記のように構成したので、従来技術に対して波高を精度よく推定することができる。

この発明の実施の形態１に係る離着水支援装置の構成を示す図である。この発明の実施の形態１に係る離着水支援装置の動作を示すフローチャートである。この発明の実施の形態１におけるアクティブカメラにより撮像された水面画像の一例を示す図である。この発明の実施の形態２に係る離着水支援装置の構成を示す図である。この発明の実施の形態２に係る離着水支援装置の動作を示すフローチャートである。この発明の実施の形態３に係る離着水支援装置の構成を示す図である。この発明の実施の形態３に係る離着水支援装置による着水経路の推定を説明する図である。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
図１この発明の実施の形態１に係る離着水支援装置の構成を示す図である。以下では、この離着水支援装置が航空機（飛行物体）５０に搭載され、洋上に離着水を行う場合を例に説明を行う。
離着水支援装置は、図１に示すように、風計測レーザレーダ１、波高推定部２、アクティブカメラ３、波長推定部４、波長マッチング部５及び広域波高推定部６から構成されている。この離着水支援装置の各機能部は、ソフトウェアに基づくＣＰＵを用いたプログラム処理によって実行される。なお図１では、離着水支援装置を風計測レーザレーダ１から広域波高推定部６の各機能部で構成する場合を示したが、風計測レーザレーダ１及び波高推定部２のみで構成してもよい。

風計測レーザレーダ１は、水上の各高度における風向風速値（風向風速分布）を計測する機能を有するものである。
波高推定部２は、風計測レーザレーダ１により計測された風向風速値から、モデルを用いて水上の波高を推定する機能を有するものである。

アクティブカメラ３は、水上に光を照射して当該水上からの反射光を受光することで、水面画像を撮像する機能を有するものである。このアクティブカメラ３は、図１の例では、航空機５０に固定されて設置されている。
波長推定部４は、アクティブカメラ３により撮像された水面画像から波紋を抽出し、自機（離着水支援装置）が搭載された航空機５０の高度及び角度（ピッチ、ロール、ヨー）により補正を行うことで、当該水面画像の波の波長を推定する機能を有するものである。

波長マッチング部５は、波長推定部４により推定された波長に従い、アクティブカメラ３により撮像された水面画像を、同一波長毎の領域に区分けする機能を有するものである。

広域波高推定部６は、波長マッチング部５により区分けされた領域毎の波高が、風計測レーザレーダ１により当該領域内に対して計測が行われ波高推定部２により推定された波高であるとして推定する機能を有するものである。

次に、上記のように構成された離着水支援装置の動作について、図２を参照しながら説明する。
離着水支援装置の動作では、図２に示すように、まず、アクティブカメラ３は、水上に光を照射して当該水上からの反射光を受光することで、図３に示すように水面画像を撮像する（ステップＳＴ１）。図３において、符号１０１は水面からの反射領域を示し、符号１０２は風計測レーザレーダ１による照射領域を示している。

次いで、波長推定部４は、アクティブカメラ３により撮像された水面画像から波紋を抽出し、自機（離着水支援装置）が搭載された航空機５０の高度及び角度（ピッチ、ロール、ヨー）により補正を行うことで、当該水面画像の波の波長を推定する（ステップＳＴ２）。ここで、水面への入射角が０度付近の反射光をアクティブカメラ３で撮像することで、波紋の周期が波長にほぼ一致する。

次いで、波長マッチング部５は、波長推定部４により推定された波長に従い、アクティブカメラ３により撮像された水面画像を、同一波長毎の領域に区分けする（ステップＳＴ３）。

一方、風計測レーザレーダ１は、水上の風向風速値を計測する（ステップＳＴ４）。このとき、風計測レーザレーダ１による計測個所は、一視線方向でもよいし、ビームを走査して所定領域に対して計測を行うようにしてもよい。この風計測レーザレーダ１を用いて水上の風向風速値を計測することで、予報値ではなく実測値を得ることができる。また、この風計測レーザレーダ１は高空間分解能である。

次いで、波高推定部２は、風計測レーザレーダ１により計測された風向風速値から、モデルを用いて水上の波高を推定する（ステップＳＴ５）。例えば有義波高をＨ_１／３（ｍ）とし、海面高度１９．５（ｍ）の風速値をＵ_１９．５（ｍ／ｓ）とし、重力加速度をｇ（ｍ／s^２）とした場合、次式（１）で表されるモデルを用いて波高を推定する（例えば非特許文献１参照）。本モデルは、Ｐｉｅｒｓｏｎ−ＭｏｓｋｏｗｉｔｚＳｐｅｃｔｒｕｍより導出した式であり、風が広い面積にわたって長時間吹いた十分発達した波を想定したものである。

http://oceanworld.tamu.edu/resources/ocng_textbook/chapter16/chapter16_01.htm

次いで、広域波高推定部６は、波長マッチング部５により区分けされた領域毎の波高が、風計測レーザレーダ１により当該領域内に対して計測が行われ波高推定部２により推定された当該領域内の波高であるとして推定する（ステップＳＴ６）。すなわち、区分けされた領域内の波高はすべて同一波高であるとして、当該領域内の任意の点又は領域に対して風計測レーザレーダ１で計測され波高推定部２で推定された波高を、当該領域内の波高として推定する。

このように、広範囲を瞬時に撮像することができるアクティブカメラ３と、風計測レーザレーダ１とを組み合わせて使用することで、昼夜問わずアクティブカメラ３により撮像された領域での波高と波長を瞬時に推定することができる。

以上のように、この実施の形態１によれば、水上の風向風速値を計測する風計測レーザレーダ１と、風計測レーザレーダ１により計測された風向風速値から、モデルを用いて水上の波高を推定する波高推定部２とを備えたので、従来技術に対して波高を精度よく推定することができる。

さらに、水上に光を照射して当該水上からの反射光を受光することで、水面画像を撮像するアクティブカメラ３と、アクティブカメラ３により撮像された水面画像から波紋を抽出し、航空機５０の高度及び角度により補正を行うことで、当該水面画像の波の波長を推定する波長推定部４と、波長推定部４により推定された波長に従い、アクティブカメラ３により撮像された水面画像を、同一波長毎の領域に区分けする波長マッチング部５と、波長マッチング部５により区分けされた領域毎の波高が、風計測レーザレーダ１により当該領域内に対して計測が行われ波高推定部２により推定された波高であるとして推定する広域波高推定部６とを備えることで、従来技術に対して広域の波高を精度よく推定することができる。

実施の形態２．
図４はこの発明の実施の形態２に係る離着水支援装置の構成を示す図である。図４に示す実施の形態２に係る離着水支援装置は、図１に示す実施の形態１に係る離着水支援装置に、時間相関処理部７、伝搬方向速度推定部８及び三角波発生個所推定部９を追加したものである。その他の構成は同様であり、同一の符号を付して異なる部分についてのみ説明を行う。

時間相関処理部７は、アクティブカメラ３により撮像された水面画像（波長推定部４又は広域波高推定部６での取得フレーム毎の画像）に対して、時間相関処理を施す機能を有するものである。なお図４では、広域波高推定部６での取得フレーム毎の画像を用いる場合を示している。

伝搬方向速度推定部８は、時間相関処理部７による処理結果から波の相対速度を推定し、自機（離着水支援装置）が搭載された航空機５０の速度を差分することで、当該波の伝搬速度及び伝搬方向を推定する機能を有するものである。

三角波発生個所推定部９は、伝搬方向速度推定部８により推定された波の伝搬速度及び伝搬方向に基づいて、当該波の今後の伝搬予測を行う機能（伝搬予測部）と、当該予測結果から三角波の発生確率が高い個所を推定する機能とを有するものである。

次に、上記のように構成された離着水支援装置の動作について、図５を参照しながら説明する。なお、離着水支援装置の動作のうち、風計測レーザレーダ１から広域波高推定部６までの処理（ステップＳＴ１〜ＳＴ６の処理）は実施の形態１と同様であり、その説明を省略する。
図５に示すように、広域波高推定部６による処理（ステップＳＴ６の処理）の後、時間相関処理部７は、アクティブカメラ３により撮像された水面画像（波長推定部４又は広域波高推定部６での取得フレーム毎の画像）に対して、時間相関処理を施す（ステップＳＴ７）。

次いで、伝搬方向速度推定部８は、時間相関処理部７による処理結果から波の相対速度を推定し、自機（離着水支援装置）が搭載された航空機５０の速度を差分することで、当該波の伝搬速度及び伝搬方向を推定する（ステップＳＴ８）。

次いで、三角波発生個所推定部９は、伝搬方向速度推定部８により推定された波の伝搬速度及び伝搬方向に基づいて、当該波の今後の伝搬予測を行い、当該予測結果から三角波の発生確率が高い個所を推定する（ステップＳＴ９）。この際、三角波の発生確率が高い個所として、例えば波の峰部分が密になっている個所等を推定する。

以上のように、この実施の形態２によれば、アクティブカメラ３により撮像された水面画像に対して、時間相関処理を施す時間相関処理部７と、時間相関処理部７による処理結果から波の相対速度を推定し、航空機５０の速度を差分することで、当該波の伝搬速度及び伝搬方向を推定する伝搬方向速度推定部８とを備えることで、実施の形態１の効果に加え、波の伝搬速度及び伝搬方向を推定することができる。
また、伝搬方向速度推定部８により推定された波の伝搬速度及び伝搬方向に基づいて、当該波の今後の伝搬予測を行い、当該予測結果から三角波の発生確率が高い個所を推定する三角波発生個所推定部９を備えたので、波の今後の伝搬を予測することができ、その予測結果から三角波の発生確率が高い個所を推定することができる。

実施の形態３．
図６はこの発明の実施の形態３に係る離着水支援装置の構成を示す図である。この図６に示す実施の形態３に係る離着水支援装置は、図４に示す実施の形態２に係る離着水支援装置の三角波発生個所推定部９を支援情報算出部１０に変更したものである。その他の構成は同様であり、同一の符号を付して異なる部分についてのみ説明を行う。

支援情報算出部１０は、伝搬方向速度推定部８により推定された波の伝搬速度及び伝搬方向、風計測レーザレーダ１により計測された風向風速値に基づいて、自機（離着水支援装置）が搭載された航空機５０の離着水のための支援情報を算出する機能を有するものである。この際、支援情報算出部１０は、支援情報として、上記航空機５０の離着水の経路や、着水領域等を算出する。また、その算出した支援情報を表示する機能を設けてもよい。

ここで、離着水の経路については、風速値と航空機５０の飛行速度に依存するが、追い風の場合には十分な浮力を得られないこともあるため、基本は向かい風となる経路を求める。また、追い風の場合であっても、風速値と飛行速度より求められる浮力が十分であれば問題ない。また、着水領域については、波高が低い領域（例えば波高が３ｍ以下の領域）を選択する。図７の例では、航空機５０が側面から風を受けないように着水するのに最適な侵入経路等を算出した場合を示している。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

１風計測レーザレーダ、２波高推定部、３アクティブカメラ、４波長推定部、５波長マッチング部、６広域波高推定部、７時間相関処理部、８伝搬方向速度推定部、９三角波発生個所推定部、１０支援情報算出部、５０航空機（飛行物体）。

Claims

水上の風向風速値を計測する風計測レーザレーダと、
前記風計測レーザレーダにより計測された風向風速値から、モデルを用いて前記水上の波高を推定する波高推定部と、
前記水上に光を照射して当該水上からの反射光を受光することで、水面画像を撮像するアクティブカメラと、
前記アクティブカメラにより撮像された水面画像から波紋を抽出し、自機が搭載された飛行物体の高度及び角度により補正を行うことで当該水面画像の波の波長を推定する波長推定部と、
前記波長推定部により推定された波長に従い、前記アクティブカメラにより撮像された水面画像を、同一波長毎の領域に区分けする波長マッチング部と、
前記波長マッチング部により区分けされた領域毎の波高が、前記風計測レーザレーダにより当該領域内に対して計測が行われ前記波高推定部により推定された波高であるとして推定する広域波高推定部と
を備えたことを特徴とする離着水支援装置。
前記アクティブカメラにより撮像された水面画像に対して、時間相関処理を施す時間相関処理部と、
前記時間相関処理部による処理結果から波の相対速度を推定し、前記飛行物体の速度を差分することで、当該波の伝搬速度及び伝搬方向を推定する伝搬方向速度推定部と
を備えたことを特徴とする請求項１記載の離着水支援装置。
前記伝搬方向速度推定部により推定された波の伝搬速度及び伝搬方向に基づいて、当該波の伝搬予測を行う伝搬予測部を備えた
ことを特徴とする請求項２記載の離着水支援装置。
前記伝搬方向速度推定部により推定された波の伝搬速度及び伝搬方向、前記風計測レーザレーダにより計測された風向風速値に基づいて、前記飛行物体の離着水のための支援情報を算出する離着水支援情報算出部を備えた
ことを特徴とする請求項２記載の離着水支援装置。