JP7195583B2 - 複数の水中航走体の運用方法及び複数の水中航走体の運用システム - Google Patents

Description

本発明は、水底探査を行う複数の水中航走体の運用方法及び複数の水中航走体の運用システムに関する。

海洋や湖沼等において、調査水域に水中航走体を投入して水底探査を行う場合、水上に位置する船舶や水中に配置された装置が水中航走体に対する制御を行っている。
例えば特許文献１には、母船とケーブル接続された水中ステーションを海中に配設し、音響トランスポンダを探査地点近くの海底に配置し、複数の無索式無人潜水艇を水中ステーション及び音響トランスポンダと超音波信号を用いて通信させすることで誘導し、必要に応じて無索式無人潜水艇を水中ステーションにドッキングさせて充電又は電池交換と探査データの吸い上げを行う技術が開示されている。
また、特許文献２には、第１トランスポンダ、第１受波器及び第２受波器を備えた水中ステーションを母船から海中に吊り下げ、海底に第２トランスポンダを設置し、探査用の自律型無人航走体に第３トランスポンダ及び第３受波器を設け、水中ステーションは第２トランスポンダの信号を第１受波器で受信することによって定点保持を図り、自律型無人航走体は、探査中は第２トランスポンダの信号を第３受波器で受信することによって自航し、動力が減少すると第１トランスポンダの信号を第３受波器で受信することによって水中ステーションに向かって航走し、水中ステーションは第３トランスポンダの信号を第２受波器で受信することによって自律型無人航走を収容するための姿勢制御を行う技術が開示されている。
また、特許文献３には、水上に位置する母船に送波器を設け、探査用の無人潜水機に受波器を設け、母船から無人潜水機に制御信号を送る水中音響通信において、画素信号のハフ変換を利用して伝送誤りを補正する技術が開示されている。
また、特許文献４には、母船と水中航走体との間における通信を中継する自走中継器を観察領域の水面近傍に配置し、自走中継器と母船との間の通信は電波通信で行い、自走中継器と水中航走体との間の通信は音響通信で行うことによって、水平方向の通信可能距離を向上させる技術が開示されている。

特開平３－２６６７９４号公報 特開２００３－２６０９０号公報 特開平５－１４７５８３号公報 特開２００１－３０８７６６号公報

ところで、水中航走体は速度が遅いため１台だけでは広い水域を調査するのに時間がかかるが、エネルギー消費の面などから水中航走体の速度を上げるのには限界がある。そこで、広い水域を効率よく調査するために複数台の水中航走体を投入することが考えられる。しかし、水中航走体を複数台投入した場合は制御が複雑になるため、調査効率や安全性の面等において課題があった。
特許文献１記載の発明は、複数の無索式無人潜水艇が各々の探査ミッションをどのように遂行するのかを開示するものではない。また、母船と水中ステーションがケーブルで接続されているため、母船や水中ステーションの移動が制限される。
特許文献２記載の発明は、複数の自律型無人航走体が各々の探査ミッションをどのように遂行するのかを開示するものではない。また、水中ステーションが母船から吊り下げられているため、母船や水中ステーションの移動が制限される。
特許文献３記載の発明は、水中音響通信が水面や海底の反射音の影響を受けやすいことを考慮し、伝送誤りを含んでいても正しい制御信号を推定することで無人潜水機が無制御状態に陥ることを防止しようとするものである。しかし、複数の無人潜水機が各々の探査ミッションをどのように遂行するのかを開示するものではない。
特許文献４記載の発明は、自走中継器が自己の現在位置情報と水中航走体の現在位置情報とに基づいて水平移動の要否を判断し、水中航走体との通信状態を維持することが記載されている。また、水中航走体を複数投入することができる旨の記載がある。しかし、水中航走体を複数投入した場合に、各々の探査ミッションをどのように遂行するのかを開示するものではない。

そこで本発明は、複数の水中航走体を用いた水底探査において、同時に探査ミッションを遂行することにより、より有用なデータを得ることができる複数の水中航走体の運用方法及び複数の水中航走体の運用システムを提供することを目的とする。

請求項１記載に対応した複数の水中航走体の運用方法においては、水底を探査する複数の水中航走体に探査ミッションが重ならないように異ならせた上、同一の探査領域を設定し、設定された同一の探査領域に複数の水中航走体の航走するそれぞれの複数のウェイポイントを所定の距離を保てるように、かつ水中航走体のウェイポイントを航走する時刻が重ならないように幅を持たせて設定し、同一の探査領域において、それぞれの複数のウェイポイントのうちの設定されたウェイポイントに複数の水中航走体が到達し、かつ設定時刻に到達したら複数の水中航走体の各々の探査ミッションを同時に遂行し、探査ミッションの遂行結果を記録及び/又は伝送することを特徴とする。
請求項１に記載の本発明によれば、探査ミッションが互いに異なる複数の水中航走体の時間軸を揃えて同一の探査領域を探査することができるため、時間軸や探査領域が水中航走体ごとにばらばらな状態で探査ミッションを遂行する場合よりも有用なデータを得ることができる。例えば、間欠泉的な挙動を示す熱水鉱床の探査や、時間的に変化する沈没船からの油流出事故の探査等でより時間軸を合わせたデータを取得することができる。
なお、探査とは観測、捜索、採取、救援、運搬等およそ水底において水中航走体が行なう行為の全体を含む。

請求項２記載の本発明は、同一の探査領域における探査対象に対して、複数の水中航走体の探査ミッションを設定時刻に到達したら同時に遂行するに当たり、時計を同期させることにより時間軸を揃えて遂行することを特徴とする。
請求項２に記載の本発明によれば、時計を同期させることにより、各水中航走体の探査ミッションの遂行タイミングをより正確に揃えることができる。

請求項３記載の本発明は、複数の水中航走体が、同一の探査領域を探索してそれぞれの設定されたウェイポイントに到達した後、同一の探査領域における各々の探査ミッションを遂行することを特徴とする。
請求項３に記載の本発明によれば、より確実に同一の探査領域において複数の水中航走体の各々の探査ミッションを同時に遂行することができる。

請求項４記載の本発明は、複数の水中航走体の探査ミッションの一つが、水底に存在する熱水鉱床の探査ミッションであることを特徴とする。
請求項４に記載の本発明によれば、間欠泉的な挙動を示す熱水鉱床の探査を精度よく行うことができる。

請求項５記載の本発明は、複数の水中航走体の探査ミッションの一つが、水底に存在する水底物質及び/又は水底物質の混在した水の採取であることを特徴とする。
請求項５に記載の本発明によれば、採取した水底物質や水を分析すること等によって水底に関する情報をより多く得ることができる。

請求項６記載の本発明は、複数の水中航走体の同一の探査領域の設定を、母船又は水面の近傍の水中を移動可能な水上管制体を介して設定することを特徴とする。
請求項６に記載の本発明によれば、同一の探査領域の設定を簡便に行うことができる。

請求項７記載の本発明は、母船又は水上管制体は、同一の探査領域に対して、複数の水中航走体の各々の探査ミッションとは異なるミッションを遂行することを特徴とする。
請求項７に記載の本発明によれば、母船又は水上管制体を利用して水底に関する情報をより多く得ることができる。

請求項８記載に対応した複数の水中航走体の運用システムにおいては、水底を探査する複数の探査ミッションが重ならないように異ならせて設定した水中航走体と、複数の水中航走体に同一の探査領域を設定し、設定された同一の探査領域に複数の水中航走体の航走するそれぞれの複数のウェイポイントを所定の距離を保てるように、かつ水中航走体のウェイポイントを航走する時刻が重ならないように幅を持たせて設定する探査領域設定手段と、設定された探査領域のそれぞれの複数のウェイポイントに水中航走体を臨ませる移動手段と、設定されたウェイポイントに複数の水中航走体が到達し、かつ設定時刻に到達したら複数の水中航走体の各々に設けた探査ミッションを同時に遂行する探査ミッション遂行手段と、探査ミッションの遂行結果を記録及び/又は伝送する記録手段及び/又は伝送手段とを備えることを特徴とする。
請求項８に記載の本発明によれば、探査ミッションが互いに異なる複数の水中航走体の時間軸を揃えて同一の探査領域を探査することができるため、時間軸や探査領域が水中航走体ごとにばらばらな状態で探査ミッションを遂行する場合よりも有用なデータを得ることができる。

請求項９記載の本発明は、探査ミッション遂行手段は、水中航走体の探査ミッションを設定時刻に到達したら同時に遂行するに当たり、時間軸を揃えて遂行するための時計又は探査開始受信部を有したことを特徴とする。
請求項９に記載の本発明によれば、各水中航走体の探査ミッションの遂行タイミングをより正確に揃えることができる。

請求項１０記載の本発明は、水中航走体に、探査領域設定手段で設定された同一の探査領域を探索して、それぞれの設定されたウェイポイントに到達させるための領域探索手段をさらに備えたことを特徴とする。
請求項１０に記載の本発明によれば、より確実に同一の探査領域において複数の水中航走体の各々の探査ミッションを同時に遂行することができる。

請求項１１記載の本発明は、水中航走体に、水底に存在する熱水鉱床の探査手段を備えたことを特徴とする。
請求項１１に記載の本発明によれば、間欠泉的な挙動を示す熱水鉱床の探査を精度よく行うことができる。

請求項１２記載の本発明は、水中航走体に、水底に存在する水底物質及び/又は水底物質の混在した水の採取を行なう採取手段をさらに備えたことを特徴とする。
請求項１２に記載の本発明によれば、採取した水底物質や水を分析すること等によって水底に関する情報をより多く得ることができる。

請求項１３記載の本発明は、母船及び/又は水面の近傍の水中を航走可能な水上管制体をさらに備え、複数の水中航走体の同一の探査領域の設定を、母船又は水上管制体を介して設定することを特徴とする。
請求項１３に記載の本発明によれば、同一の探査領域の設定を簡便に行うことができる。

請求項１４記載の本発明は、母船又は水上管制体は、同一の探査領域に対して、複数の水中航走体の各々の探査ミッションと異なるミッションを遂行する異ミッション遂行手段を備えたことを特徴とする。
請求項１４に記載の本発明によれば、母船又は水上管制体を利用して水底に関する情報をより多く得ることができる。

本発明の複数の水中航走体の運用方法によれば、探査ミッションが互いに異なる複数の水中航走体の時間軸を揃えて同一の探査領域を探査することができるため、時間軸や探査領域が水中航走体ごとにばらばらな状態で探査ミッションを遂行する場合よりも有用なデータを得ることができる。

また、同一の探査領域における探査対象に対して、複数の水中航走体の探査ミッションを設定時刻に到達したら同時に遂行するに当たり、時計を同期させることにより時間軸を揃えて遂行する場合には、各水中航走体の探査ミッションの遂行タイミングをより正確に揃えることができる。

また、複数の水中航走体が、同一の探査領域を探索してそれぞれの設定されたウェイポイントに到達した後、同一の探査領域における各々の探査ミッションを遂行する場合には、より確実に同一の探査領域において複数の水中航走体の各々の探査ミッションを同時に遂行することができる。

また、複数の水中航走体の探査ミッションの一つが、水底に存在する熱水鉱床の探査ミッションである場合には、間欠泉的な挙動を示す熱水鉱床の探査を精度よく行うことができる。

また、複数の水中航走体の探査ミッションの一つが、水底に存在する水底物質及び/又は水底物質の混在した水の採取である場合には、採取した水底物質や水を分析すること等によって水底に関する情報をより多く得ることができる。

また、複数の水中航走体の同一の探査領域の設定を、母船又は水面の近傍の水中を移動可能な水上管制体を介して設定する場合には、同一の探査領域の設定を簡便に行うことができる。

また、母船又は水上管制体は、同一の探査領域に対して、複数の水中航走体の各々の探査ミッションとは異なるミッションを遂行する場合には、母船又は水上管制体を利用して水底に関する情報をより多く得ることができる。

また、本発明の複数の水中航走体の運用システムによれば、探査ミッションが互いに異なる複数の水中航走体の時間軸を揃えて同一の探査領域を探査することができるため、時間軸や探査領域が水中航走体ごとにばらばらな状態で探査ミッションを遂行する場合よりも有用なデータを得ることができる。

また、探査ミッション遂行手段は、水中航走体の探査ミッションを設定時刻に到達したら同時に遂行するに当たり、時間軸を揃えて遂行するための時計又は探査開始受信部を有した場合には、各水中航走体の探査ミッションの遂行タイミングをより正確に揃えることができる。

また、水中航走体に、探査領域設定手段で設定された同一の探査領域を探索して、それぞれの設定されたウェイポイントに到達させるための領域探索手段をさらに備えた場合には、より確実に同一の探査領域において複数の水中航走体の各々の探査ミッションを同時に遂行することができる。

また、水中航走体に、水底に存在する熱水鉱床の探査手段を備えた場合には、間欠泉的な挙動を示す熱水鉱床の探査を精度よく行うことができる。

また、水中航走体に、水底に存在する水底物質及び/又は水底物質の混在した水の採取を行なう採取手段をさらに備えた場合には、採取した水底物質や水を分析すること等によって水底に関する情報をより多く得ることができる。

また、母船及び/又は水面の近傍の水中を航走可能な水上管制体をさらに備え、複数の水中航走体の同一の探査領域の設定を、母船又は水上管制体を介して設定する場合には、同一の探査領域の設定を簡便に行うことができる。

また、母船又は水上管制体は、同一の探査領域に対して、複数の水中航走体の各々の探査ミッションと異なるミッションを遂行する異ミッション遂行手段を備えた場合には、母船又は水上管制体を利用して水底に関する情報をより多く得ることができる。

本発明の実施形態による複数の水中航走体の運用システムの概略構成図 同水中航走体の一例を示す外観斜視図 同探査領域設定手段の構成例を示す図 同水中航走体の制御ブロック図 同水中航走体の制御フロー図 同水上管制体の制御ブロック図 同水上管制体の制御フロー図

以下に、本発明の実施形態による複数の水中航走体の運用方法及び複数の水中航走体の運用システムについて説明する。

図１は本実施形態による複数の水中航走体の運用システムの概略構成図、図２は水中航走体の一例を示す外観斜視図である。
本実施形態による複数の水中航走体の運用システムは、母船１０と、水面の近傍の水中を航走可能な水上管制体２０と、水底を探査する複数の水中航走体３０と、水中航走体３０の探査領域を設定する探査領域設定手段４０と、設定された探査領域に水中航走体３０を臨ませる移動手段３０１と、水中航走体の各々に設定した探査ミッションを同時に遂行する探査ミッション遂行手段３０２と、探査ミッションの遂行結果を記録する記録手段３０３と、探査ミッションの遂行結果を伝送する伝送手段３０４を備える。
探査領域設定手段４０は母船１０に設けられ、移動手段３０１、探査ミッション遂行手段３０２、記録手段３０３、及び伝送手段３０４は水中航走体３０に設けられている。なお、探査領域設定手段４０は、水上管制体２０に設けるなど、母船１０以外に設けることもできる。
図１では、海洋や湖沼等において、調査水域に１台の水上管制体２０を進水させ、複数の水中航走体３０を投入し、水底を探査することにより鉱物資源やエネルギー資源等の探査を行う状態を示している。水上管制体２０及び水中航走体３０は、母船１０に積載して調査水域まで運搬してきたものである。
水上管制体２０及び水中航走体３０は無人かつ無索で自律航走するロボットであり、水面の近傍に配置された水上管制体２０が、電波の届かない水中で水底の探査を行う複数の水中航走体３０に対して音響信号を利用した管制を行っている。

水上管制体２０には、洋上中継器（ＡＳＶ：Ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｖｅｈｉｃｌｅ）を用いている。水上管制体２０は、端部が半球面となった筒型の本体２０ａと、本体２０ａの上面に延設された垂直翼２０ｂとを備える。母船１０から調査水域に進水させた水上管制体２０は、本体２０ａが水中に没して垂直翼２０ｂの上部を水面上に突き出した状態で用いられる。垂直翼２０ｂの上部には、ＧＰＳ等の自己位置把握手段２０１と、衛星通信アンテナ及び無線ＬＡＮアンテナ等の海上通信手段２０２が搭載されている。水上管制体２０は、自己位置把握手段２０１を用いてＧＮＳＳ（全地球航法衛星システム）衛星１からのＧＮＳＳ信号を受信することにより、自己の位置を把握できる。また、海上通信手段２０２を用いて母船１０や水面上に浮上した水中航走体３０との電波通信を行うことができる。
また、本体２０ａの後部には舵及びプロペラを有する移動手段２０３が設けられており、移動手段２０３によって水面の近傍を移動することができる。
また、本体２０ａの下面には、音響測位手段２０４及び通信手段２０５が設けられている。通信手段２０５は、音波を送信する送波器と音波を受信する受波器とを有する。水上管制体２０は、音響測位手段２０４を用いて水中航走体３０の位置を測定すると共に、通信手段２０５を用いて水中航走体３０と音響信号による双方向通信を行い、水中航走体３０を管制している。水上管制体２０から水中に向けて発信される音響信号が到達し易いのは、水上管制体２０を頂点とした略円錐状の範囲であるため、この略円錐状の範囲を水上管制体２０が管制する管制領域Ｘとしている。

水中航走体３０には、水上管制体２０との接続にケーブルを用いずに水中を自律的に航走する無索自律無人型の航走体（ＡＵＶ：Ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ Ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ Ｖｅｈｉｃｌｅ）を用いている。水上管制体２０は複数の水中航走体３０を音響信号を用いて管制するため、水上管制体２０にケーブル用の設備を設ける必要が無く、また、ケーブルが絡んだり、ケーブルによって水上管制体２０の移動が制限されたりすることがない。
図１では、複数の水中航走体３０として、第１水中航走体３０Ａ、第２水中航走体３０Ｂ、第３水中航走体３０Ｃを示している。水中航走体３０は、移動手段３０１として舵や推進器などの航走手段３０１Ａとバラスト（重り）３０１Ｂを備えており、水中を航走及び潜航することができる。
また、水中航走体３０には、自機の位置の測定に用いる自機測位手段３０５と、水上管制体２０との音響信号による双方向通信に用いる通信手段３０６と、水上管制体２０の音響測位手段２０４から発せられる信号に対して返答を行う音響トランスポンダ（図示無し）が設けられている。通信手段３０６は、音波の送受波器と、電波の送受波器（アンテナ）とを有する。
水中航走体３０は、水上管制体２０による測位が所定回数失敗した場合や、水上管制体２０との通信に所定回数失敗した場合などは、緊急浮上させて母船１０に回収することができる。
第１水中航走体３０Ａはホバリング型であり、第２水中航走体３０Ｂ及び第３水中航走体３０Ｃよりも航走速度を遅くすることができる。また、垂直スラスタや水平スラスタを有し、第２水中航走体３０Ｂ及び第３水中航走体３０Ｃよりも動きの自由度が高く、水流等がある場所においても位置を保持することができるため、主に水底近くでの精密な探査を担う。第１水中航走体３０Ａには、観測手段３０７として、水底の映像撮影を行うための撮像手段３０７Ａと、熱水鉱床の探査を行う熱水鉱床の探査手段３０７Ｄが設けられている。撮像手段３０７Ａは、例えば照明を備えたカメラである。熱水鉱床の探査手段３０７Ｄは、例えば音響観測ソナーや温度センサ、硫化鉱物検出センサである。なお、種類の異なる熱水鉱床の探査手段３０７Ｄを別々の水中航走体３０に備える場合も、同一の水中航走体３０に備える場合もある。
図２（ａ）は第２水中航走体３０Ｂの上方斜視図、図２（ｂ）は第２水中航走体３０Ｂの下方斜視図である。第２水中航走体３０Ｂは航走型であり、第１水中航走体３０Ａよりも機敏かつ高速に動くことができるため、主に水底から離れた位置でより広い範囲における探査作業を担う。
第２水中航走体３０Ｂには、観測手段３０７として、水底の地形の調査を行う地形調査手段３０７Ｂと、水底下の地層の調査を行う地層調査手段３０７Ｃと、熱水鉱床の探査手段３０７Ｄが設けられている。地形調査手段３０７Ｂ及び地層調査手段３０７Ｃは、例えば音響観測ソナーである。
また、第２水中航走体３０Ｂは、舵や推進器などの航走手段３０１Ａと、バラスト３０１Ｂを備えている。バラスト３０１Ｂは、第２水中航走体３０Ｂから切り離し可能に取り付けられている。
なお、第３水中航走体３０Ｃも基本的には第２水中航走体３０Ｂと同様の構成である。

図３は探査領域設定手段の構成例を示す図である。
水上管制体２０及び水中航走体３０に対する探査領域等の設定は、探査領域設定手段４０のモニター画面８０に表示されたアイコンを選択すること等により行う。
図３には、設定対象とする水中航走体３０の選択等に用いる水中航走体選択アイコン８０１と、水上管制体２０の選択等に用いる水上管制体選択アイコン８０２と、水上管制体２０又は水中航走体３０に対する探査ミッションの設定等に用いる探査ミッション設定アイコン８０３と、水上管制体２０又は水中航走体３０に対する探査領域の設定等に用いる探査領域設定アイコン８０４と、水中航走体３０の投入及び揚収順位を設定する投入・揚収順位設定アイコン８０５と、水中航走体３０に対して探査開始指示を行う探査開始指示アイコン（探査開始指示器）８０６と、探査領域設定手段４０の作動状況や警告等を表示する表示アイコン８０７と、設定の初期化等に用いるリセットアイコン８０８が表示された状態を示している。

水中航走体選択アイコン８０１は、調査水域に投入する水中航走体３０の数と対応し、本実施形態では、第１水中航走体３０Ａを選択する第１水中航走体選択アイコン８０１Ａ、第２水中航走体３０Ｂを選択する第２水中航走体選択アイコン８０１Ｂ、及び第３水中航走体３０Ｃを選択する第３水中航走体選択アイコン８０１Ｃからなる。
水中航走体選択アイコン８０１をタッチして設定対象とする水中航走体３０を選択すると、選択した水中航走体３０について、探査ミッション設定アイコン８０３を用いた探査ミッションの設定、探査領域設定アイコン８０４を用いた探査領域の設定、及び投入・揚収順位設定アイコン８０５を用いた投入・揚収順位の設定が可能になる。
探査ミッションは、基本的に水中航走体３０同士で重ならないように設定するため、１台の水中航走体３０に設定された探査ミッションが他の水中航走体３０で再設定された場合は、表示アイコン８０７に警告が表示される。なお、探査ミッションは、水中航走体３０に固有の機能として備わっている場合もある。
探査領域は、水中の深度と位置から定まる複数のウェイポイント（深度・位置）の設定と、さらにそのウェイポイントに到達する時刻、及び通過する時刻が設定される。ウェイポイントの設定は、手動入力も、読込手段を介した一括した読み込みでの入力も可能である。
また、次に設定を行う別の水中航走体３０の探査領域は、先に探査領域が設定された水中航走体３０のウェイポイントと時刻が重ならないように、また近付いても所定の距離を保てるように、ウェイポイントと時刻に幅を持たせて設定される。仮にウェイポイントが手動入力で危うい設定がされた場合は、表示アイコン８０７に警告が表示される。
また、探査ミッションの設定においては、異なるそれぞれのウェイポイントにおいて各水中航走体３０の探査ミッションの開始時刻を合わせる。これにより、探査ミッションが互いに異なる複数の水中航走体３０を同一の探査領域に臨ませ、探査ミッションを同時に遂行することができる。
なお、探査ミッションの設定、探査領域の設定、及び投入・揚収順位の設定は、水中航走体３０に設けられている後述の探査条件設定手段３１２を用いて設定することも可能である。

水上管制体２０は、水中航走体３０を管制する役割を果たすため、投入順位は最初に、揚収順位は最後になるように自動設定される。
このように、探査領域設定手段４０が、複数の水中航走体３０が全て揚収された後に水上管制体２０が揚収される手順を設定する機能を有することで、揚収する全ての水中航走体３０について、位置や通信状態を水上管制体２０で把握しながら揚収することができるため、揚収作業の効率及び安全性が向上する。

また、誤入力等により設定を部分的に間違えた場合は、リセットアイコン８０８を操作することにより、修正及び再入力が可能となる。また、リセットアイコン８０８を長押しすることで、全ての設定をリセットすることができる。

次に、水中航走体３０の制御について、図４及び図５を用いて説明する。
図４は水中航走体の制御ブロック図、図４は水中航走体の制御フロー図である。
水中航走体３０は、移動手段３０１、探査ミッション遂行手段３０２、記録手段３０３、伝送手段３０４、自機測位手段３０５、通信手段３０６、観測手段３０７、深度計３０８、航走速度設定部３０９、航走制御部３１０、採取手段３１１、及び探査条件設定手段３１２を備える。
移動手段３０１は、航走手段３０１Ａと、バラスト３０１Ｂを有する。
探査ミッション遂行手段３０２は、領域探索手段３０２Ａ、時刻管理部３０２Ｂ、及びミッション制御部３０２Ｃを有する。
領域探索手段３０２Ａは、深度制御部３０２Ａａ、潜航制御部３０２Ａｂ、及び位置推定部３０２Ａｃを有する。
時刻管理部３０２Ｂは、各水中航走体３０の探査ミッションを時間軸を揃えて遂行するための時計３０２Ｂａを有している。また、探査開始指示アイコン８０６による探査開始指示を受信し、複数の水中航走体３０の探査を開始する探査開始受信部（図示なし）を備えて、時間軸を揃えて探査ミッションを遂行することもできる。
各水中航走体３０に設けた時計３０２Ｂａ同士は同期をとっている。時計３０２Ｂａは、各水中航走体３０の探査ミッションの遂行タイミングを厳密に揃えるために原子時計とすることが好ましい。また、探査開始受信部は、探査領域設定手段４０の探査開始指示アイコン８０６が操作されたときに、ミッション制御部３０２Ｃに対して探査ミッションの遂行を指示するものである。
通信手段３０６は、音響通信のための音波送受波器３０６Ａと、電波通信のための電波送受波器（アンテナ）３０６Ｂを有する。
観測手段３０７は、撮像手段３０７Ａ、地形調査手段３０７Ｂ、地層調査手段３０７Ｃ、及び熱水鉱床の探査手段３０７Ｄを有する。
航走制御部３１０は、管制領域判断部３１０Ａを有する。

母船１０に乗船しているオペレーターは、水中航走体３０を母船１０から探査水域に投入する前に、探査領域設定手段４０を用いて、水中航走体３０に対して、探査ミッション、探査領域及び航走経路などといった探査に必要な情報を入力することにより探査条件設定を行うと共に、投入・揚収順位の設定を行い、また、航走速度設定部３０９を用いて、水中航走体３０に対して航走速度を設定する（ステップ１）。
探査ミッションの設定においては、探査ミッションの遂行時刻も設定する。水中航走体３０が各々の探査ミッションを他の水中航走体３０と同時に遂行するようにするため、探査ミッションの遂行時刻は各水中航走体３０で揃える。
また、探査領域設定手段４０及び探査条件設定手段３１２は、各水中航走体３０に設定される探査領域を同一の探査領域に設定可能である。本実施形態では、同一の探査領域において、ホバリング型の第１水中航走体３０Ａが低高度探査深度の領域の探査を担い、航走型の第２水中航走体３０Ｂ及び第３水中航走体３０Ｃが高高度探査深度の領域の探査を担っている。
なお、水中航走体３０に設けられている探査条件設定手段３１２を用いて、探査条件設定に必要な情報を入力することもできる。また、複数の水中航走体３０に対して探査領域設定手段４０又は探査条件設定手段３１２を用いて設定される探査条件等は、母船１０からの指示を水上管制体２０を介して、又は水上管制体２０にプログラムされたスケジュールに基づいて、自動的に更新することも可能である。

ステップ１の後、母船１０に設けられている投入・揚収設備を用いて、複数の水中航走体３０を投入順序に従って水中に投入する（ステップ２）。
水中航走体３０の投入に先立って進水させていた水上管制体２０は、投入された水中航走体３０の管制を開始する。

ステップ２の後、探査水域に投入された複数の水中航走体３０は、ステップ１で設定された同一の探査領域の深度まで潜航する（ステップ３）。
潜航は移動手段３０１（航走手段３０１Ａ及びバラスト３０１Ｂ）を用いて行うが、航走手段３０１Ａを停止してバラスト３０１Ｂの重さのみによって潜航した場合には、燃料を節約することができる。
潜航にあたって各水中航走体３０は、深度計３０８及び自機測位手段３０５を用いて自機の深度及び位置を測定し、深度制御部３０２Ａａ、潜航制御部３０２Ａｂ及び位置推定部３０２Ａｃを有する領域探索手段３０２Ａが、設定された探査領域の深度等に従って航走制御部３１０を制御する。航走制御部３１０は、探査ミッション遂行手段３０２による制御と航走速度設定部３０９で設定された航走速度に従って移動手段３０１を制御する。
自機測位手段３０５による自機の位置の測定は、例えば、速度センサ及びジャイロセンサを搭載し、自機の速度及び加速度を検出して算出することにより行う。

ステップ３の後、設定された同一の探査領域の深度に達した水中航走体３０は、水上管制体２０の管制範囲内において最初のウェイポイントを目指して移動手段３０１を用いて航走する（ステップ４）。
設定された同一の探査領域の深度で航走を開始した各水中航走体３０は、自機測位手段３０５を用いて自機の位置を測定し、探査ミッション遂行手段３０２に送信する。位置推定部３０２Ａｃを有する領域探索手段３０２Ａは、ステップ１で設定された同一の探査領域を水中航走体３０が航走するように航走制御部３１０を制御する。
航走制御部３１０は、探査ミッション遂行手段３０２から受信した自機の推定位置と、航走速度設定部３０９で設定された航走速度と、深度及び水上管制体２０との通信状態に基づき、移動手段３０１を制御して水上管制体２０の管制領域Ｘ内で水中航走体３０を航走させる。通信状態は、通信手段３０６を用いて水上管制体２０との通信状態を測定し、測定結果を探査ミッション遂行手段３０２に送信し、探査ミッション遂行手段３０２が例えばシグナル/ノイズ比（Ｓ/Ｎ比）で把握する。
また、航走制御部３１０は、管制領域判断部３１０Ａを有し、自機の推定位置及び水上管制体２０との通信状態に基づいて、自機が管制領域Ｘ内に位置するか否かを定期的に判断する。
時刻を管理する時刻管理部３０２Ｂを有する探査ミッション遂行手段３０２は、ステップ１で設定された航走経路に従って、他の水中航走体３０と航走軌跡が同時刻に重ならないように航走制御部３１０を制御する。

ステップ４の後、水中航走体３０が設定されたウェイポイントに到達すると（ステップ５）、探査ミッション遂行手段３０２は、設定した探査ミッションの遂行時刻に到達したか否かを、時刻管理部３０２Ｂを用いて判断する（ステップ６）。

ステップ６において、設定した遂行時刻に到達したと判断した場合には、各水中航走体３０が同時に探査ミッションを遂行する（ステップ７）。
ステップ７においては、探査ミッション遂行手段３０２のミッション制御部３０２Ｃが、水中航走体３０に設けられた撮像手段３０７Ａ、地形調査手段３０７Ｂ、及び地層調査手段３０７Ｃを制御することにより、水底の映像撮影、地形、及び水底下の地層の情報を得ることができる。また、ミッション制御部３０２Ｃが、水中航走体３０に設けられた熱水鉱床の探査手段３０７Ｄを制御することにより、熱水鉱床に関する各種データを得ることができる。なお、事前に熱水鉱床の位置を把握していることが好ましい。
ステップ７で得られた撮影画像、水底の地形、水底下の地層の情報、及び熱水鉱床に関するデータといった探査ミッション遂行結果は、ハードディスクや磁気テープ等を有する記録手段３０３に記録される。また、伝送手段３０４で符号化等の処理が行われた後に通信手段３０６を用いて水上管制体２０へ送信される（ステップ８）。

ステップ８の後、他の探査ミッションである水底に存在する水底物質や、水底物質が混在した水の採取を行う（ステップ９）。この間、他の水中航走体３０は、時間軸を揃えた上で他の探査ミッションとは別のミッションを遂行する。水底に存在する水底物質や、水底物質が混在した水の採取は、独立した探査ミッションとして複数の水中航走体３０の一つに設定し、探査開始時から行なうことも可能である。従って、水中航走体３０は、単独の探査ミッションを遂行することも可能であり、複数の探査ミッションを遂行することも可能である。複数の探査ミッションの遂行に当っては、直列的に遂行することも、並列的に遂行することも可能である。複数の水中航走体３０同士は、少なくとも時間に関連した探査ミッションは、時間軸を揃えて遂行する。
ステップ９における採取は、探査ミッション遂行手段３０２が採取手段３１１を制御することにより行う。採取した水底物質や水を分析すること等によって水底に関する情報をより多く得ることができる。なお、水底に存在する水底物質の採取に当り、水中航走体３０が停止して採取することが困難な場合は、例えば航走しながら、水底近傍の水底物質をトローリングして採取したり、水底の水を採取し漉して採取することもできる。
ステップ９の後、探査ミッション遂行手段３０２は、設定された探査ミッションを完了したと判断した場合は、探査ミッションを終了する。探査ミッションの終了後、水中航走体３０は設定された浮上時刻に従って、水面に浮上して母船１０に揚収される。

一方、ステップ６において、設定時刻に到達していないと判断した場合には、探査ミッション遂行手段３０２は、設定時刻に到達したと判断するまで水中航走体３０を待機させる（ステップ１０）。

このように、水底を探査する複数の水中航走体３０に互いに異なる探査ミッションと同一の探査領域を設定し、設定した同一の探査領域に複数の水中航走体３０を臨ませ、同一の探査領域において複数の水中航走体３０の各々の探査ミッションを同時に遂行し、探査ミッションの遂行結果を記録及び伝送することで、探査ミッションが互いに異なる複数の水中航走体３０の時間軸を揃えて同一の探査領域を探査することができるため、時間軸や探査領域が水中航走体３０ごとにばらばらな状態で探査ミッションを遂行する場合よりも有用なデータを得ることができる。
特に探査ミッションの一つが、水底に存在する熱水鉱床の探査ミッションである場合には、熱水鉱床は間欠泉的な挙動を示すため、このように各水中航走体３０で時間軸を揃えて探査ミッションを遂行することで精度よく探査を行うことができる。また、沈没船からの油流出事故の探査等では、時間的に変化する油の流出状態について、時間軸を合わせたデータを取得することができる。

また、同一の探査領域における探査対象に対して、複数の水中航走体３０の探査ミッションを、時計を同期させることにより時間軸を揃えて遂行することで、各水中航走体３０の探査ミッションの遂行タイミングをより正確に揃えることができる。

また、複数の水中航走体が、同一の探査領域を探索して臨んだ後、同一の探査領域における各々の探査ミッションを遂行することで、より確実に同一の探査領域において複数の水中航走体の各々の探査ミッションを同時に遂行することができる。

また、複数の水中航走体３０の同一の探査領域の設定を、母船１０又は水上管制体２０を介して設定することで、同一の探査領域の設定を簡便に行うことができる。
具体的に探査領域の設定は、母船１０上で、人が探査領域設定手段４０で設定する、予め探査領域設定手段４０で設定し記憶した探査領域を、水上管制体２０を介して水中航走体３０に設定する、水上管制体２０が水中での水中航走体３０の探査状況を把握した上で、変更した探査領域を再設定する等の様々な設定のパターンがあり得る。

次に、水上管制体２０の制御について、図６及び図７を用いて説明する。
図６は水上管制体の制御ブロック図、図７は水上管制体の制御フロー図である。
水上管制体２０は、自己位置把握手段２０１、海上通信手段２０２、移動手段２０３、音響測位手段２０４、通信手段２０５、管制設定部２０６、移動制御手段２０７、及び異ミッション遂行手段２０８を備える。
移動制御手段２０７は、数管理部２０７Ａ、待機制御部２０７Ｂ、位置推定部２０７Ｃ、航走記録部２０７Ｄ及び管制判断部２０７Ｅを有する。
異ミッション遂行手段２０８は、例えば音響観測ソナー等の遠隔熱水鉱床探査手段を制御し、水中航走体３０が遂行するミッションとは異なるミッションを遂行する。
例えば、水底の熱水鉱床が探査目的の場合に、音響観測ソナー等の遠隔熱水鉱床探査手段を異ミッション遂行手段２０８で制御し、水面近傍から水底の熱水鉱床の位置や活動状態を遠隔から観測することができる。

母船１０に乗船しているオペレーターは、水上管制体２０を母船１０から調査水域に進水させる前に、管制設定部２０６を用いて、水上管制体２０に対して、水上管制体２０の移動範囲、管制すべき水中航走体３０の数や性能などといった管制に必要な情報を入力することにより管制設定を行う（ステップ２１）。
ステップ２１の後、調査水域に進水した水上管制体２０は、ステップ２１で設定された管制設定に従って水中航走体３０の管制を開始する。まず、音響測位手段２０４を用いて複数の水中航走体３０のそれぞれの位置を測定し、測位結果を移動制御手段２０７に送信する（ステップ２２）。
ステップ２２の後、通信手段２０５を用いて複数の水中航走体３０のそれぞれとの通信状態を測定し、測定結果を移動制御手段２０７に送信する（ステップ２３）。通信状態は、例えばシグナル/ノイズ比（Ｓ/Ｎ比）で把握する。
移動制御手段２０７は、受信したステップ２２における測位結果とステップ２３における測定結果に基づいて、複数の水中航走体３０のそれぞれの航走経路を時刻とともに航走記録部２０７Ｄに記録する（ステップ２４）。

ステップ２４の後、数管理部２０７Ａは、ステップ２１における管制設定で入力された水中航走体３０の数と、ステップ２４で航走経路が記録された水中航走体３０の数とを比較し、管制すべき水中航走体３０の全数が管制領域Ｘ内に位置するか否かを判断する（ステップ２５）。
ステップ２５において、管制すべき水中航走体３０の数と航走経路が記録された水中航走体３０の数が同じか多いと判断した場合、すなわち管制すべき水中航走体３０の全数が管制領域Ｘ内に位置すると判断した場合には、その結果を管制判断部２０７Ｅに送信する。

ステップ２５において、管制すべき水中航走体３０の数よりも航走経路が記録された水中航走体３０の数が少ないと判断した場合、すなわち管制すべき水中航走体３０の一部又は全数が管制領域Ｘを外れたと判断した場合には、位置推定部２０７Ｃは、航走記録部２０７Ｄに記録された水中航走体３０の航走経路に基づいて、管制領域Ｘを外れた水中航走体３０が存在する方向を推定する（ステップ２６）。

ステップ２６の後、異ミッション遂行手段２０８は、遠隔熱水鉱床探査手段を制御し、水中航走体３０が遂行するミッションとは異なるミッションを遂行する（ステップ２７）。異ミッション遂行手段２０８が遂行するミッションは、例えば音響観測ソナーを用いた熱水鉱床に関する情報の取得である。
なお、異ミッション遂行手段２０８による異ミッションの遂行は、必ずしもステップ２６の後でなくともよく、例えば、ステップ２４とステップ２５の間に行うこともできる。また、異ミッション遂行手段２０８は、母船１０に設けることも可能である。
このように、母船１０又は水上管制体２０が、同一の探査領域に対して、複数の水中航走体３０の各々の探査ミッションとは異なるミッションを遂行することで、水底に関する情報をより多く得ることができる。

ステップ２７の後、待機制御部２０７Ｂは、ステップ２５において水中航走体３０が管制領域Ｘを外れたことが最初に検出されたときから所定時間経過したか否かを判断する（ステップ２８）。
ステップ２８において、所定時間経過していないと判断した場合には、ステップ２５に戻り、管制すべき水中航走体３０の全てが管制領域Ｘ内にいるか否かを再度判断する。
ステップ２８において、所定時間経過したと判断した場合には、待機制御部２０７Ｂは、ステップ２５の判断結果を管制判断部２０７Ｅに送信すると共に、水上管制体２０の移動を開始するように指示する（ステップ２９）。これにより移動手段２０３が動作して水上管制体２０が移動する。
管制すべき水中航走体３０の一部又は全数が管制領域Ｘを外れたと判断した場合であっても、管制領域Ｘを外れた水中航走体３０が自ら管制領域Ｘ内に戻ってくる可能性や、実際には管制領域Ｘ内に位置しているものの一時的な測位・通信障害により管制領域Ｘを外れたと誤って検出された可能性等があるため、本実施形態のように、水上管制体２０を移動するに当り、水中航走体３０が管制領域Ｘを外れたことを検出してから所定時間待機し、その間にステップ２５の判断を所定回数繰り返すことで、水上管制体２０が無用に動くことを低減できる。これにより、水上管制体２０のエネルギーの浪費や、管制領域Ｘ内に位置する水中航走体３０が管制領域Ｘから外れてしまうことを防止できる。
また、位置推定部２０７Ｃが、航走記録部２０７Ｄに記録された水中航走体３０の航走経路に基づいて、管制領域Ｘを外れた水中航走体３０が存在する方向を推定し、移動制御手段２０７がこの推定結果に基づいて移動手段２０３を制御することで、水上管制体２０の管制精度や移動効率を向上させ、管制領域Ｘから外れた水中航走体３０を管制領域Ｘ内により早く戻すことができる。

管制判断部２０７Ｅは、数管理部２０７Ａ又は待機制御部２０７Ｂから送信された判断結果に基づいて、管制設定を変更するか否かを判断する（ステップ３０）。
ステップ３０では、数管理部２０７Ａから判断結果を受信した場合であって、管制すべき水中航走体３０の数と航走経路が記録された水中航走体３０の数が同じ場合には、管制設定を変更せず、ステップ２２となる。
また、数管理部２０７Ａから判断結果を受信した場合であって、管制すべき水中航走体３０の数よりも航走経路が記録された水中航走体３０の数が多い場合には、ステップ２１となり、管制設定部２０６は、管制領域Ｘに戻った水中航走体３０を含めた管制設定に変更する。これにより、管制領域Ｘに戻った水中航走体３０を含めて管制を継続することができる。
また、待機制御部２０７Ｂから判断結果を受信した場合、すなわち管制領域Ｘを外れた水中航走体３０があるとの判断結果を受信した場合には、ステップ２１となり、管制設定部２０６は、管制領域Ｘを外れた水中航走体３０を除いた管制設定に変更する。これにより、管制領域Ｘを外れた水中航走体３０を除いて管制を継続することができる。

本発明の複数の水中航走体の運用方法、及び複数の水中航走体の運用システムは、複数の水中航走体を用いた熱水鉱床探査等の水底探査において、より有用なデータを得ることができる。

１０ 母船
２０ 水上管制体
２０８ 異ミッション遂行手段
３０ 水中航走体
３０１ 移動手段
３０２ 探査ミッション遂行手段
３０２Ａ 領域探索手段
３０２Ｂａ 時計
３０３ 記録手段
３０４ 伝送手段
３０７Ｄ 熱水鉱床の探査手段
３１１ 採取手段
４０ 探査領域設定手段

Claims (14)

1. 水底を探査する複数の水中航走体に探査ミッションが重ならないように異ならせた上、同一の探査領域を設定し、設定された前記同一の探査領域に複数の前記水中航走体の航走するそれぞれの複数のウェイポイントを所定の距離を保てるように、かつ前記水中航走体の前記ウェイポイントを航走する時刻が重ならないように幅を持たせて設定し、前記同一の探査領域において、それぞれの複数の前記ウェイポイントのうちの設定された前記ウェイポイントに複数の前記水中航走体が到達し、かつ設定時刻に到達したら複数の前記水中航走体の各々の前記探査ミッションを同時に遂行し、前記探査ミッションの遂行結果を記録及び/又は伝送することを特徴とする複数の水中航走体の運用方法。
2. 前記同一の探査領域における探査対象に対して、複数の前記水中航走体の前記探査ミッションを前記設定時刻に到達したら同時に遂行するに当たり、時計を同期させることにより時間軸を揃えて遂行することを特徴とする請求項１に記載の複数の水中航走体の運用方法。
3. 複数の前記水中航走体が、前記同一の探査領域を探索してそれぞれの設定された前記ウェイポイントに到達した後、前記同一の探査領域における各々の前記探査ミッションを遂行することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の複数の水中航走体の運用方法。
4. 複数の前記水中航走体の前記探査ミッションの一つが、前記水底に存在する熱水鉱床の探査ミッションであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の複数の水中航走体の運用方法。
5. 複数の前記水中航走体の前記探査ミッションの一つが、前記水底に存在する水底物質及び/又は前記水底物質の混在した水の採取であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の複数の水中航走体の運用方法。
6. 複数の前記水中航走体の前記同一の探査領域の設定を、母船又は水面の近傍の水中を移動可能な水上管制体を介して設定することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の複数の水中航走体の運用方法。
7. 前記母船又は前記水上管制体は、前記同一の探査領域に対して、複数の前記水中航走体の各々の前記探査ミッションとは異なるミッションを遂行することを特徴とする請求項６に記載の複数の水中航走体の運用方法。
8. 水底を探査する複数の探査ミッションが重ならないように異ならせて設定した水中航走体と、複数の前記水中航走体に同一の探査領域を設定し、設定された前記同一の探査領域に複数の前記水中航走体の航走するそれぞれの複数のウェイポイントを所定の距離を保てるように、かつ前記水中航走体の前記ウェイポイントを航走する時刻が重ならないように幅を持たせて設定する探査領域設定手段と、設定された前記探査領域のそれぞれの複数の前記ウェイポイントに前記水中航走体を臨ませる移動手段と、設定された前記ウェイポイントに複数の前記水中航走体が到達し、かつ設定時刻に到達したら複数の前記水中航走体の各々に設けた前記探査ミッションを同時に遂行する探査ミッション遂行手段と、前記探査ミッションの遂行結果を記録及び/又は伝送する記録手段及び/又は伝送手段とを備えることを特徴とする複数の水中航走体の運用システム。
9. 前記探査ミッション遂行手段は、前記水中航走体の前記探査ミッションを前記設定時刻に到達したら同時に遂行するに当たり、時間軸を揃えて遂行するための時計又は探査開始受信部を有したことを特徴とする請求項８に記載の複数の水中航走体の運用システム。
10. 前記水中航走体に、前記探査領域設定手段で設定された前記同一の探査領域を探索して、それぞれの設定された前記ウェイポイントに到達させるための領域探索手段をさらに備えたことを特徴とする請求項８又は請求項９に記載の複数の水中航走体の運用システム。
11. 前記水中航走体に、前記水底に存在する熱水鉱床の探査手段を備えたことを特徴とする請求項８から請求項１０のいずれか１項に記載の複数の水中航走体の運用システム。
12. 前記水中航走体に、前記水底に存在する水底物質及び/又は前記水底物質の混在した水の採取を行なう採取手段をさらに備えたことを特徴とする請求項８から請求項１１のいずれか１項に記載の複数の水中航走体の運用システム。
13. 母船及び/又は水面の近傍の水中を航走可能な水上管制体をさらに備え、複数の前記水中航走体の前記同一の探査領域の設定を、前記母船又は前記水上管制体を介して設定することを特徴とする請求項８から請求項１２のいずれか１項に記載の複数の水中航走体の運用システム。
14. 前記母船又は前記水上管制体は、前記同一の探査領域に対して、複数の前記水中航走体の各々の前記探査ミッションと異なるミッションを遂行する異ミッション遂行手段を備えたことを特徴とする請求項１３に記載の複数の水中航走体の運用システム。

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