JP6556516B2 - 海洋探査装置及び海洋探査方法 - Google Patents
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Description
本願は、2014年7月1日に米国に出願された米国特許仮出願第62/019438号に基づいて優先権を主張し、その内容をここに援用する。
第1の態様に係る海洋探査装置は、探査機本体と、前記探査機本体に生じる浮力を調整する浮力調整部と、前記探査機本体の姿勢を調整する姿勢調整部と、前記探査機本体の位置情報を取得する位置情報取得部と、上方に向けて凸状に湾曲する主翼部と、前記主翼部から後方に向けて突出する尾翼部と、を有し、平面視において前後方向及び左右方向の両方向に角部が位置されて全体が矩形状に形成された翼形状とされ、前記探査機本体を下方に収納して、海水から受ける揚力を利用して滑空可能とされ、前記探査機本体を移動させる翼部と、前記探査機本体に設けられ、電磁場を計測するセンサー部と、予め定められた条件に応じて、前記浮力調整部、前記姿勢調整部、前記位置情報取得部、及び前記センサー部の動作を制御する制御部と、を備える。
このように、探査機本体を測点に向けて自律航行させることができるので、観測の自由度を大きく高めることができる。さらに、1つの海洋探査装置を複数の測点間で移動させることで、1つの海洋探査装置により複数の測点の電磁場を計測することができる。したがって、効率的な探査を実現することができる。
以下、図面を参照し、本発明の第1実施形態に係る海洋探査装置10を説明する。この海洋探査装置10は、小型の磁気センサーを搭載したグライダー型AUV(Autonomous Underwater Vehicle)観測システムであり、海洋の電磁場を探査する自律型無人潜水機(Marine MT AUV:MaMTA)(MT:Magnetotelluric method)である。
探査機本体11は、偏平な箱状に形成されている。探査機本体11は、平面視において前後方向及び左右方向の両方向に沿って辺部が延びる矩形状をなしている。探査機本体11には、動力源18が内蔵されている。動力源18としては、例えば電池などが挙げられる。
尾翼20には、後方に向けて突出するアンテナ22が設けられている。アンテナ22は、後方に向かうに従い徐々に上側に向けて延びていて、アンテナ22のうち、少なくとも先端部は、海洋探査装置10が海面Sに浮上したときに海上に突出する。
なお翼部12は、例えば剛性部材や膜(メンブレン)などにより形成することができる。
腕24は、5m程度の長さとされ、探査機本体11から前後方向に一対、左右方向に一対突出している。腕24は、平面視において探査機本体11を中心として周回する方向である周方向に、間隔をあけて4つ設けられている。腕24の少なくとも一部は、翼部12と鉛直方向に重なっており、本実施形態では、腕24はその全長にわたって、翼部12によって上方から覆われている。腕24は、翼部12の下面に沿って配置されていて下面に固定されており、例えば翼部12を膜(メンブレン)により形成した場合などには、腕24によって翼部12を補強することが可能である。
補助翼26は、主翼19に設けられた第1補助翼26aと、尾翼20に設けられた第2補助翼26b及び第3補助翼26cと、を備えている。
第2補助翼26bは、尾翼20から左右方向に一対突出しており、左右方向に延びる第2回転軸回りに回転する。第2補助翼26bは、翼部12の左右方向に延びる左右軸回りに回転させるエレベータ(昇降舵)として機能する。
第3補助翼26cは、尾翼20から上方に向けて突出していて、鉛直方向に延びる第3回転軸回りに回転する。第3補助翼26cは、翼部12を鉛直方向に延びる鉛直軸回りに回転させるラダー(方向舵)として機能する。
なお、制御部17を含めた各構成の動作に必要なエネルギーは、前述した動力源18から供給される。
探査機本体11であるビークルは、機体の水中重量を制御するための浮力調節装置(浮力調整部15)を装備し、潜降、浮上の各状態を切替えて水中を滑空することにより前進する。同時に、姿勢調整部14は、主翼19と尾翼20に装着された補助翼26を制御することで機体姿勢を制御し、その結果、探査機本体11は、希望する海底Bの地点に着底する。エネルギー源は機体に内蔵する電池(動力源18)である。これにより、グライダー型AUV(海洋探査装置10)は、自律航行ができる。
なお、機体姿勢を制御するに際し、姿勢調整部14は、前述した重心調整部27による重心の移動も併せて実施することが好ましい。
位置情報取得部16は、海上でGPSにより計測された位置情報を基準として航行を開始し、海中ではコンパスと慣性航法(地磁気センサと加速度センサを併用した方法)により自機の位置や進行方向(向き)を認識する。位置情報取得部16は、自機の位置や進行方向を認識するときに、必要に応じて超短基線測位を併用する。外部との通信は、海面S上で電波を用いて無線で行う。これにより、グライダー型AUV(海洋探査装置10)は、自律航行のために必要な位置情報を取得できる。
なお、探査機本体11の位置を取得するに際し、その位置を三次元として取得するため、位置情報取得部16は、前述した水深検出用センサを更に備えていることが好ましい。
小型磁気センサ(センサー部13)には、従来のOBEM(海底電磁場計)で採用されているインダクションコイルではなく、磁気インピーダンス効果を利用したMIセンサ23を利用する。MIセンサ23は、インダクションコイルの弱点である低周波での感度が優れている特徴がある。センサを小型のMIセンサ23にするのは、機体の軽量化と、観測対象である低周波磁場の感度と、の両方を考慮したためである。
なお、グライダー型AUV(海洋探査装置10)は、潜航後、海底Bの指定された計測点において約1日の電磁場計測を実施した後、計測終了後は海面Sに浮上してデータを送信することができる。さらにその後、再び次の計測点まで潜航し、指定海域の電磁場計測を繰り返すことができる。
なお電磁場の計測結果は、海洋探査装置10を海面Sに浮上させた後、アンテナ22から外部に送信される。このとき、測点における位置情報も計測結果と併せて送信される。図4に示す例では、制御部17は、電磁場の計測を複数の測点で実施した後、各測点における計測結果及び位置情報を送信する。
すなわち、探査機本体11を測点に向けて自律航行させることができるので、観測の自由度を大きく高めることができる。さらに、1つの海洋探査装置10を複数の測点間で移動させることで、1つの海洋探査装置10により複数の測点の電磁場を計測することができる。したがって、効率的な探査を実現することができる。
また、翼部12が、グライダー型をなしているので、例えば翼部12が、グライダー型に代えてプロペラ型をなしている場合に比べて、翼部12が揚力を受けるために要するエネルギーを小さく抑えることができる。
また、腕24の少なくとも一部が翼部12と鉛直方向に重なっているので、腕24を翼部12によって鉛直方向から保護することが可能になり、翼部12の大きさを確保しつつ、海洋探査装置10の信頼性を向上させることができる。なお本実施形態のように、腕24が翼部12の下面に沿って配置されている場合には、翼部12による滑空性能を確保し易くすることができる。
また、位置情報取得部16が、位置情報として、探査機本体11の位置及び向きを取得するので、探査機本体11を精度良く自律航行させることができるのみならず、測点における探査機本体11の向きを取得することで、電磁場も精度良く計測することができる。
次に、本発明に係る第2実施形態の海洋探査装置30を、図5を参照して説明する。
なお、この第2実施形態においては、第1実施形態における構成要素と同一の部分については同一の符号を付し、その説明を省略し、異なる点についてのみ説明する。
11 探査機本体
12 翼部
13 センサー部
14 姿勢調整部
15 浮力調整部
16 位置情報取得部
17 制御部
24 腕
25 電極
Claims (6)
- 探査機本体と、
前記探査機本体に生じる浮力を調整する浮力調整部と、
前記探査機本体の姿勢を調整する姿勢調整部と、
前記探査機本体の位置情報を取得する位置情報取得部と、
上方に向けて凸状に湾曲する主翼部と、前記主翼部から後方に向けて突出する尾翼部と、を有し、平面視において前後方向及び左右方向の両方向に角部が位置されて全体が矩形状に形成された翼形状とされ、前記探査機本体を下方に収納して、海水から受ける揚力を利用して滑空可能とされ、前記探査機本体を移動させる翼部と、
前記探査機本体に設けられ、電磁場を計測するセンサー部と、
予め定められた条件に応じて、前記浮力調整部、前記姿勢調整部、前記位置情報取得部、及び前記センサー部の動作を制御する制御部と、を備える海洋探査装置。 - 前記センサー部がMIセンサを有する請求項1に記載の海洋探査装置。
- 前記位置情報取得部は、前記位置情報として、前記探査機本体の位置及び向きを取得する請求項1または請求項2に記載の海洋探査装置。
- 前記位置情報取得部は、
水深位置を検出する水深検出用センサを備え、
前記探査機本体の位置情報を三次元として取得する請求項3に記載の海洋探査装置。 - 前記センサー部は、前記探査機本体から水平方向に突出する腕の端点に設けられた電極を介して電磁場を検出し、
前記腕の少なくとも一部は、前記翼部と鉛直方向に重なっている請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の海洋探査装置。 - 請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の海洋探査装置によって海底の電磁場を計測する海洋探査方法であって、
前記制御部が、前記浮力調整部及び前記姿勢調整部を制御することで、前記探査機本体を前記翼部が海水から受ける揚力によって海中で移動させる速度、方向を調整し、前記探査機本体を測点に向けて自律航行させる工程と、
前記探査機本体が測点まで自律航行した後、前記制御部が、前記センサー部を制御して電磁場を計測する工程と、を備え、
前記自律航行させる工程は、前記位置情報取得部によって取得される前記探査機本体の位置情報と、前記予め定められた条件としての測点の位置情報と、に基づいて、前記速度、方向を調整する海洋探査方法。
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