WO2025013239A1 - 観測装置、観測システム、観測方法、及びプログラム - Google Patents

観測装置、観測システム、観測方法、及びプログラム Download PDF

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lidar
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直人 遠藤
浩史 松原
友花 篠崎
正樹 久田
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    • G08—SIGNALLING
    • G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
    • G08G3/00—Traffic control systems for marine craft
    • G08G3/02—Anti-collision systems

Definitions

  • This disclosure relates to an observation device, an observation system, an observation method, and a program.
  • Non-patent document 1 discloses that AIS information such as a ship's identification code, name, position, course, speed, and destination is automatically transmitted and received using VHF radio waves, and information is exchanged between ship stations and between ship stations and land stations.
  • AIS information such as a ship's identification code, name, position, course, speed, and destination is automatically transmitted and received using VHF radio waves, and information is exchanged between ship stations and between ship stations and land stations.
  • Non-Patent Document 2 discloses a technology that receives AIS information transmitted from other ships when observing ocean data such as seawater temperature and tidal currents using an autonomous ocean observation device (AOV; Autonomous Ocean Vehicle), and prevents collisions between ships using a collision prevention function.
  • AOV autonomous ocean observation device
  • the collision prevention function of AOVs is an autonomous control function based on receiving AIS information transmitted by nearby ships.
  • AIS information As disclosed in Non-Patent Document 3, ship registration is required, and currently, large ships of 300 tons or more are required to install AIS. For this reason, small ships, small marine observation equipment, etc. are not equipped with AIS and cannot transmit AIS information.
  • Japan Coast Guard https://www.kaiho.mlit.go.jp/soshiki/koutsuu/ais-info.html
  • Japan Coast Guard Marine Information Department Research Report https://www1.kaiho.mlit.go.jp/GIJUTSUKOKUSAI/KENKYU/report/rhr54/rhr54-TR04.pdf
  • AIS registration eligible vessels https://jci.go.jp/registration/taishou.html
  • This disclosure has been made in consideration of the above circumstances, and its purpose is to provide an observation device, observation system, observation method, and program that can avoid collisions with structures even when structures that do not transmit AIS information are present.
  • An observation device is an observation device that observes oceanographic data, and includes a lidar that emits laser light to the surroundings and receives the reflected light, a detection unit that detects structure data including at least one of the distance to structures present around the lidar and the size of the structures based on the reflected light, a determination unit that determines whether or not to perform evasive navigation to avoid a collision with the structures based on the structure data, and an avoidance control unit that performs the evasive navigation when it is determined that the evasive navigation should be performed.
  • An observation system is an observation system including an observation device that observes ocean data and a management device capable of communicating with the observation device, the observation device including a lidar that irradiates a laser beam to the surroundings and receives the reflected light, a detection unit that detects structure data including at least one of the distance to structures present around the lidar and the size of the structures based on the reflected light, a determination unit that determines whether or not to perform evasive navigation to avoid a collision with the structure based on the structure data, an avoidance control unit that performs the evasive navigation when it is determined that the evasive navigation should be performed, and a first communication unit that communicates with the management device, and the management device includes an avoidance action memory unit that stores evasive navigation information transmitted from the observation device, and an access unit that outputs the evasive navigation information to the outside in response to an external request.
  • An observation method is a method for observing oceanographic data, which involves irradiating a laser beam from a lidar to the surroundings, receiving the reflected light, detecting structure data including at least one of the distance to structures present around the lidar and the size of the structures based on the reflected light, determining whether or not to perform evasive navigation to avoid a collision with the structures based on the structure data, and executing the evasive navigation when it is determined that the evasive navigation should be performed.
  • One aspect of the present disclosure is a program for causing a computer to function as the above-mentioned observation device.
  • This disclosure makes it possible to avoid collisions with structures even when there are structures that do not transmit AIS information.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an observation system according to an embodiment.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram showing a schematic diagram of a LIDAR mounted on the top of a mast installed in an observation device.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram that shows a schematic diagram of how a laser beam emitted from a lidar is used to horizontally scan and detect structures present in the ocean.
  • FIG. 4 is a flowchart showing the processing procedure of the observation device.
  • FIG. 5 is a flowchart showing a processing procedure of the management device.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram showing how the position of the LIDAR moves up and down due to the influence of waves, causing the detection area to change.
  • FIG. 7 is a block diagram showing the hardware configuration of this embodiment.
  • Fig. 1 is a block diagram showing the configuration of an observation system 100 according to the embodiment.
  • the observation system 100 includes an observation device 1 and a management device 2.
  • the observation device 1 is, for example, an autonomous ocean observation vehicle (AOV) that autonomously navigates the ocean and observes ocean data such as seawater temperature and tidal currents.
  • the management device 2 is installed, for example, at a base station on land.
  • AOV autonomous ocean observation vehicle
  • the observation device 1 includes a LiDAR (Light Detection And Ranging) 11, a detection unit 13, a determination unit 14, an avoidance control unit 15, a storage unit 16, and a first communication unit 17.
  • the observation device 1 avoids collisions between the observation device 1 and marine structures (hereinafter abbreviated as "structures") by linking information on the marine structures detected by the LiDAR 11 with a collision prevention control process (not shown).
  • Structures refer to, for example, unmanned seaplanes, small boats, reefs, floating fishing reefs, etc. that exist in the ocean.
  • the LIDAR 11 is, for example, a solid-state LIDAR.
  • the LIDAR 11 is installed at the top of a mast 32 provided on an observation device 1 that navigates the ocean, as shown in FIG. 2.
  • the mast 32 has, for example, a rod shape that extends vertically to the observation device 1.
  • the LIDAR 11 comprises an irradiation unit 111 and a light receiving unit 112.
  • the irradiation unit 111 irradiates laser light in the surroundings (e.g., 360° horizontally).
  • the light receiving unit 112 receives the laser light irradiated from the irradiation unit 111 and reflected by surrounding structures. In other words, the LIDAR 11 irradiates the surroundings with laser light and receives the reflected light.
  • the LIDAR 11 uses a short-wavelength laser light, which has a higher luminous flux density than radio waves used in automatic identification systems (AIS) and the like, and can therefore detect the position and shape of structures with high accuracy.
  • AIS automatic identification systems
  • the observation device 1 sailing through the ocean moves up and down due to the influence of waves.
  • the LIDAR 11 By installing the LIDAR 11 at the top of the mast 32, the surrounding structures can be placed within the detection area of the LIDAR 11. Specifically, as shown in FIG. 2, the area at an angle d1 above the horizontal direction s1 of the LIDAR 11 is an area in which structures cannot be detected, and the area at an angle d2 below is an area in which structures can be detected.
  • the LIDAR 11 at the top of the mast 32 even if the observation device 1 moves up and down due to the influence of waves, structures present around the observation device 1 can be detected with a high probability.
  • FIG 3 is an explanatory diagram that shows a schematic diagram of how a laser beam emitted from the LIDAR 11 is used to horizontally scan and detect structures in the ocean 50.
  • the LIDAR 11 emits laser beams and receives reflected light from an unmanned surface vehicle 51 and a small boat 52 traveling in the ocean 50 to detect their presence. It also receives reflected light from reefs 53 and floating fishing reefs 54 in the ocean 50 to detect their presence.
  • the unmanned surface vehicle 51 is equipped with a LIDAR receiving and transmitting function, collision avoidance between both the observation device 1 and the unmanned surface vehicle 51 is possible.
  • the detection unit 13 performs three-dimensional measurements of structures present around the observation device 1 based on the detection signal detected by the light receiving unit 112, and detects the distance to the structures, their size, and their shape.
  • the detection unit 13 outputs data on the detected distance, size, and shape (collectively referred to below as "structure data") to the determination unit 14 and the first communication unit 17.
  • the detection unit 13 may also detect at least one of the distance to the structure and the size of the structure. That is, the detection unit 13 detects structure data including at least one of the distance to the structures present around the lidar 11 and the size of the structures based on the reflected light.
  • the determination unit 14 determines whether or not the observation device 1 needs to perform avoidant navigation to avoid a collision with a structure, based on the structure data detected by the detection unit 13.
  • the determination unit 14 determines that avoidant navigation is necessary for the observation device 1, for example, when the distance to the structure is equal to or less than a first threshold value, or when the size of the structure is equal to or greater than a second threshold value.
  • the determination unit 14 determines that avoidant navigation is necessary for the observation device 1, it outputs an avoidance command signal to the avoidance control unit 15.
  • the determination unit 14 determines that avoidant navigation is not necessary for the observation device 1, it outputs the structure data to the storage unit 16.
  • the storage unit 16 includes a storage device such as a hard disk.
  • the storage unit 16 stores data on structures for which the determination unit 14 has determined that avoidant maneuvering is not necessary.
  • the storage unit 16 stores data on structures for which the determination unit 14 has determined that the distance from the observation device 1 is equal to or greater than a first threshold and that the size is less than a second threshold.
  • the storage unit 16 stores data on structures that existed around the observation device 1 but for which avoidant maneuvering is not necessary, i.e., near-miss data when the observation device 1 is navigating the ocean.
  • the avoidance control unit 15 controls the navigation of the observation device 1 to avoid collision with a structure when an avoidance command signal is output from the judgment unit 14. That is, the avoidance control unit 15 executes avoidance navigation when it is determined that avoidance navigation should be executed.
  • the first communication unit 17 is capable of wireless communication with the second communication unit 21 mounted on the management device 2.
  • the first communication unit 17 transmits structure data detected by the detection unit 13 and avoidance navigation information implemented by the avoidance control unit 15 to the management device 2. In other words, when avoidance navigation is implemented by the avoidance control unit 15, the first communication unit 17 notifies the base station of the avoidance navigation information.
  • the management device 2 includes a second communication unit 21, a management control unit 22, an avoidance behavior DB 23 (avoidance behavior recording unit), a structure DB 24 (structure data recording unit), and an access unit 25.
  • DB stands for "database.”
  • the second communication unit 21 performs wireless communication with the first communication unit 17 mounted on the observation device 1.
  • the second communication unit 21 receives structure data transmitted from the observation device 1, i.e., data on the distance to the structure, and the size and shape of the structure.
  • the second communication unit 21 receives avoidance navigation information transmitted from the observation device 1.
  • the management control unit 22 outputs the structure data received by the second communication unit 21 to the structure DB 24.
  • the management control unit 22 outputs the avoidance navigation information received by the second communication unit 21 to the avoidance action DB 23.
  • the avoidance action DB23 includes a storage device such as a hard disk, and stores the avoidance navigation information output from the management control unit 22.
  • the structure DB 24 includes a storage device such as a hard disk, and stores the structure data output from the management control unit 22.
  • the access unit 25 accepts access from an external device (not shown). For example, when an external device requests the output of avoidance navigation information, the access unit 25 reads out the avoidance navigation information stored in the avoidance action DB 23 and outputs it to the external device. When an external device requests the output of structure data, the access unit 25 reads out the structure data stored in the structure DB 24 and outputs it to the external device. In other words, in response to access from outside, the access unit 25 controls the output of the data stored in the avoidance action DB 23 and the structure DB 24 to the outside.
  • Figure 4 is a flowchart showing the processing procedure performed by the observation device 1.
  • step S11 the irradiation unit 111 of the LIDAR 11 irradiates laser light in a horizontal direction of 360° at regular time intervals.
  • step S12 the light receiving unit 112 of the LIDAR 11 receives the light that is irradiated from the irradiating unit 111 and reflected by structures such as the unmanned surface vehicle 51, small boat 52, reef 53, and floating fishing reef 54 shown in FIG. 3.
  • step S13 the detection unit 13 detects structures present around the observation device 1 based on the reflected light received by the light receiving unit 112. If a structure is detected (S13; YES), the process proceeds to step S14; if not (S13; NO), the process returns to step S11.
  • step S14 the detection unit 13 detects the distance from the observation device 1 to the structure, and the size and shape of the structure based on the reflected light received by the light receiving unit 112.
  • step S15 the determination unit 14 determines whether the distance from the observation device 1 to the structure is equal to or less than a predetermined first threshold. If it is equal to or less than the first threshold (S15; YES), the process proceeds to step S17; if not (S15; NO), the process proceeds to step S16.
  • step S16 the determination unit 14 determines whether the size of the structure is equal to or greater than a predetermined second threshold. If it is equal to or greater than the second threshold (S16; YES), the process proceeds to step S17; if not (S16; NO), the process proceeds to step S19.
  • step S17 the judgment unit 14 outputs an avoidance command signal to the avoidance control unit 15. That is, if there is a structure within a range of the observation device 1 that is within a first threshold value, or if there is a structure with a size equal to or larger than a second threshold value around the observation device 1, the avoidance command signal is output to avoid collision with these structures.
  • the avoidance control unit 15 avoids collision with the structure by performing avoidance navigation. Avoidance navigation includes, for example, changing the direction of travel of the observation device 1, or stopping or reversing the observation device 1.
  • step S18 the first communication unit 17 outputs to the management device 2 the structure data detected by the detection unit 13 and the avoidance navigation information indicating that the avoidance control unit 15 has performed avoidance navigation.
  • step S19 the storage unit 16 stores the structure data, for example, on a hard disk. That is, the structure data of structures that existed around the observation device 1 but did not result in avoidant navigation, i.e., data on distance, size, and shape, are stored in the storage unit 16.
  • the structure data stored in the storage unit 16 can be used later as near-miss data.
  • the observation device 1 can control its evasive navigation based on the distance to the structure and the size of the structure, thereby avoiding a collision with the structure.
  • step S31 the management control unit 22 determines whether or not avoidance navigation has been performed by the observation device 1.
  • avoidant navigation information is transmitted from the first communication unit 17 of the observation device 1, and this avoidant navigation information is received by the second communication unit 21.
  • the management control unit 22 determines that avoidant navigation has been performed by the observation device 1. If avoidant navigation has been performed (S31; YES), processing proceeds to step S32; if not (S31; NO), processing proceeds to step S33.
  • step S32 the management control unit 22 records the avoidance navigation information from the observation device 1 in the avoidance action DB 23.
  • step S33 the management control unit 22 determines whether or not structure data has been received. For example, when the detection unit 13 of the observation device 1 detects a structure existing around the observation device 1, the structure data is transmitted from the first communication unit 17, and this structure data is received by the second communication unit 21. When the structure data is received by the second communication unit 21, the management control unit 22 determines that the structure data has been received. If structure data has been received (S33; YES), processing proceeds to step S34; if not (S33; NO), processing proceeds to step S35.
  • step S34 the management control unit 22 records the structure data in the structure DB 24.
  • step S35 the access unit 25 determines whether or not there is access from an external device, such as a request to read data. If there is access (S35; YES), the process proceeds to step S36; if not (S35; NO), the process ends.
  • step S36 the access unit 25 outputs each data recorded in the avoidance action DB 23 and the structure DB 24 to the external device. After that, this process ends. In this way, it becomes possible for the observation device 1 to record the results of past avoidance navigation and structure data, and to output this information in response to access from an external device.
  • the observation system 100 is an observation system 100 including an observation device 1 that observes ocean data, and a management device 2 that can communicate with the observation device 1.
  • the observation device 1 includes a LIDAR 11 that irradiates the surroundings with laser light and receives the reflected light, a detection unit 13 that detects structure data including at least one of the distance to structures present around the LIDAR 11 and the size of the structures based on the reflected light, a determination unit 14 that determines whether or not to perform evasive navigation to avoid collision with the structure based on the structure data, an avoidance control unit 15 that performs evasive navigation when it is determined that evasive navigation should be performed, and a first communication unit 17 that communicates with the management device 2.
  • the management device 2 includes an evasive action DB 23 (avoidance action storage unit) that stores evasive navigation information transmitted from the observation device 1, and an access unit 25 that outputs evasive navigation information to the outside in response to an external request.
  • the lidar 11 is used to detect the distance to small vessels that do not transmit AIS information, reefs, and other structures. This allows structures present around the observation device 1 sailing through the ocean to be detected reliably, making it possible to avoid collisions with the structures. In addition, it is no longer necessary for an observer to constantly monitor the area around the observation device 1, reducing manual labor and enabling costs to be reduced.
  • the LIDAR 11 is installed at the top of the mast.
  • the reef 53 can be included in the detection range of the LIDAR 11, and structures such as the reef 53 can be detected with high accuracy.
  • the laser light emitted by the lidar 11 is a short wave (infrared wavelength) that does not interfere with weather sensors mounted on marine observation equipment, so it is possible to avoid affecting the collection of observation data.
  • the storage unit 16 stores data on structures that existed around the observation device 1, even if evasive maneuvers were not required, making it possible to use this data later as near-miss data.
  • the system can detect topographical information such as reefs, it is expected to be useful in marine area surveys.
  • the observation device 1 of this embodiment described above can be, for example, a general-purpose computer system equipped with a CPU (Central Processing Unit, processor) 901, memory 902, storage 903 (HDD: Hard Disk Drive, SSD: Solid State Drive), communication device 904, input device 905, and output device 906, as shown in FIG. 7.
  • the memory 902 and storage 903 are storage devices.
  • each function of the observation device 1 is realized by the CPU 901 executing a specific program loaded onto the memory 902.
  • observation device 1 may be implemented in one computer, or in multiple computers.
  • the observation device 1 may also be a virtual machine implemented in a computer.
  • the program for the observation device 1 can be stored on a computer-readable recording medium such as a HDD, SSD, USB (Universal Serial Bus) memory, CD (Compact Disc), or DVD (Digital Versatile Disc), or can be distributed via a network.
  • a computer-readable recording medium such as a HDD, SSD, USB (Universal Serial Bus) memory, CD (Compact Disc), or DVD (Digital Versatile Disc), or can be distributed via a network.
  • the computer-readable recording medium is, for example, a non-transitory recording medium.

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Abstract

周囲にレーザ光を照射し、その反射光を受光するライダー（１１）と、反射光に基づいて、ライダー（１１）の周囲に存在する構造物までの距離、及び構造物の大きさ、の少なくとも一方を含む構造物データを検知する検知部（１３）と、構造物データに基づいて、構造物との衝突を回避する回避航行を実行するか否かを判定する判定部（１４）と、回避航行を実行すると判定された際に、回避航行を実行する回避制御部（１５）を備える。

Description

観測装置、観測システム、観測方法、及びプログラム
　本開示は、観測装置、観測システム、観測方法、及びプログラムに関する。
　海上を航行する船舶の衝突を防止する技術として、船舶自動識別装置（ＡＩＳ；Automatic Identification System）によるＡＩＳ情報を用いた衝突防止方法が提案されている。非特許文献１には、船舶の識別符号、船名、位置、針路、速力、目的地などのＡＩＳ情報をＶＨＦ帯の電波で自動的に送受信し、船舶局相互間、船舶局と陸上局間で情報を交換することが開示されている。
　非特許文献２には、自律型海洋観測装置（ＡＯＶ；Autonomous OceanVehicle）により海水温度、潮流などの海洋データを観測する際に、他の船舶から発信されるＡＩＳ情報を受信し、衝突防止機能により船舶どうしの衝突を予防する技術が開示されている。
　ＡＯＶによる衝突防止機能は、周辺の船舶等が発信するＡＩＳ情報の受信に基づく自律制御機能である。ＡＩＳ情報を発信するためには、非特許文献３に開示されているように、船舶登録が必要であり、現状では３００トン以上の大型船にＡＩＳの設置が義務付けられている。このため、小型船舶、小型海洋観測装置などには、ＡＩＳが搭載されておらず、ＡＩＳ情報を送信することができない。
海上保安庁：https://www.kaiho.mlit.go.jp/soshiki/koutsuu/ais-info.html 海上保安庁海洋情報部研究報告：https://www1.kaiho.mlit.go.jp/GIJUTSUKOKUSAI/KENKYU/report/rhr54/rhr54-TR04.pdf ＡＩＳ登録対象船舶：https://jci.go.jp/registration/taishou.html
　ＡＯＶ（自律型海洋観測装置）による海洋データの観測を実施する場合には、周囲にＡＩＳを備えていない小型船舶などが存在すると、小型船舶との衝突を自動で回避することが難しい。更に、ＡＯＶの周囲に岩礁、浮漁礁などが存在する場合においても、これらとの衝突を自動で回避することが難しい。このため、人手による監視作業が必要になるという問題があった。
　本開示は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ＡＩＳ情報を発信しない構造物が存在する場合でも、構造物との衝突を回避することが可能な観測装置、観測システム、観測方法、及びプログラムを提供することにある。
　本開示の一態様の観測装置は、海洋データを観測する観測装置であって、周囲にレーザ光を照射し、その反射光を受光するライダーと、前記反射光に基づいて、前記ライダーの周囲に存在する構造物までの距離、及び前記構造物の大きさ、の少なくとも一方を含む構造物データを検知する検知部と、前記構造物データに基づいて、前記構造物との衝突を回避する回避航行を実行するか否かを判定する判定部と、前記回避航行を実行すると判定された際に、前記回避航行を実行する回避制御部とを備える。
　本開示の一態様の観測システムは、海洋データを観測する観測装置、及び前記観測装置と通信可能な管理装置を備えた観測システムであって、前記観測装置は、周囲にレーザ光を照射し、その反射光を受光するライダーと、前記反射光に基づいて、前記ライダーの周囲に存在する構造物までの距離、及び前記構造物の大きさ、の少なくとも一方を含む構造物データを検知する検知部と、前記構造物データに基づいて、前記構造物との衝突を回避する回避航行を実行するか否かを判定する判定部と、前記回避航行を実行すると判定された際に、前記回避航行を実行する回避制御部と、前記管理装置と通信する第１通信部と、を備え、前記管理装置は、前記観測装置から送信された回避航行情報を記憶する回避行動記憶部と、外部からの要求に対して、前記回避航行情報を外部に出力するアクセス部と、を備える。
　本開示の一態様の観測方法は、海洋データを観測する観測方法であって、ライダーから周囲にレーザ光を照射し、その反射光を受光し、前記反射光に基づいて、前記ライダーの周囲に存在する構造物までの距離、及び前記構造物の大きさ、の少なくとも一方を含む構造物データを検知し、前記構造物データに基づいて、前記構造物との衝突を回避する回避航行を実行するか否かを判定し、前記回避航行を実行すると判定された際に、前記回避航行を実行する。
　本開示の一態様は、上記観測装置としてコンピュータを機能させるためのプログラムである。
　本開示によれば、ＡＩＳ情報を発信しない構造物が存在する場合でも、構造物との衝突を回避することが可能になる。
図１は、実施形態に係る観測システムの構成を示すブロック図である。 図２は、観測装置に設置したマストの頂部にライダーを搭載した様子を模式的に示す説明図である。 図３は、ライダーから照射するレーザ光により海洋に存在する構造物を水平スキャンして検知する様子を模式的に示す説明図である。 図４は、観測装置の処理手順を示すフローチャートである。 図５は、管理装置の処理手順を示すフローチャートである。 図６は、ライダーの位置が波の影響により上下方向に変動し、検知領域が変動する様子を示す説明図である。 図７は、本実施形態のハードウェア構成を示すブロック図である。
　以下、図面を参照して実施形態について説明する。図１は、実施形態に係る観測システム１００の構成を示すブロック図である。図１に示すように観測システム１００は、観測装置１と管理装置２を備えている。観測装置１は、例えば海洋を自律航行して海水温度、潮流などの海洋データを観測する自律型海洋観測装置（ＡＯＶ）である。管理装置２は、例えば陸地の基地局に設置されている。
　観測装置１は、ライダー１１（LiDAR：Light Detection And Ranging）と、検知部１３と、判定部１４と、回避制御部１５と、保存部１６と、第１通信部１７を備えている。観測装置１は、ライダー１１により検出される海洋構造物（以下、「構造物」と略す）の情報と、衝突防止制御プロセス（図示省略）を連携することで、観測装置１と構造物との衝突を回避する。構造物とは、例えば海洋に存在する無人水上機、小型船舶、岩礁、浮漁礁などを指す。
　ライダー１１は、例えばソリッドステート式のライダーである。ライダー１１は、例えば図２に示すように海洋を航行する観測装置１に設けられたマスト３２の頂部に設置される。マスト３２は、例えば観測装置１の鉛直方向に延在する棒状を有している。
　ライダー１１は、照射部１１１と、受光部１１２を備えている。照射部１１１は、周囲（例えば、水平方向の３６０°）に向けてレーザ光を照射する。受光部１１２は、照射部１１１から照射され周囲の構造物で反射したレーザ光を受光する。即ち、ライダー１１は、周囲にレーザ光を照射し、その反射光を受光する。ライダー１１は、短波長のレーザ光を使用しており、船舶自動識別装置（ＡＩＳ）などで使用される電波と比較して光束密度が高いため、構造物の位置、形状を高精度で検出することができる。
　また、海洋を航行する観測装置１は波の影響を受けて上下方向に移動する。ライダー１１をマスト３２の頂部に設置することにより、周囲の構造物をライダー１１の検知領域内とすることができる。具体的には、図２に示すようにライダー１１の水平方向ｓ１に対して上方の角度ｄ１の領域は構造物を検知できない領域であり、下方の角度ｄ２の領域は構造物を検知可能な領域である。ライダー１１をマスト３２の頂部に設置することにより、観測装置１が波の影響を受けて上下に移動した場合でも、観測装置１の周囲に存在する構造物を高い確率で検知することができる。
　図３は、ライダー１１から照射するレーザ光により海洋５０に存在する構造物を水平スキャンして検知する様子を模式的に示す説明図である。図３に示すように、ライダー１１は、レーザ光を照射することにより、海洋５０を航行する無人水上機５１及び小型船舶５２からの反射光を受光しこれらの存在を検知する。更には、海洋５０に存在する岩礁５３及び浮漁礁５４からの反射光を受光して、これらの存在を検知する。また、無人水上機５１がライダーによる受信・送信機能を備えていれば、観測装置１及び無人水上機５１の双方での衝突回避が可能である。
　図１に戻って検知部１３は、受光部１１２で検出された検出信号に基づいて、観測装置１の周囲に存在する構造物を三次元計測し、該構造物までの距離、大きさ、及び形状を検知する。検知部１３は、検知した距離、大きさ、及び形状のデータ（以下総称して「構造物データ」という）を、判定部１４及び第１通信部１７に出力する。なお、検知部１３は、構造物までの距離、及び構造物の大きさのうちの少なくとも一方を検知してもよい。即ち検知部１３は、反射光に基づいて、ライダー１１の周囲に存在する構造物までの距離、及び構造物の大きさの少なくとも一方を含む構造物データを検知する。
　判定部１４は、検知部１３で検知された構造物データに基づいて、構造物との衝突を回避するために観測装置１が回避航行を実行する必要があるか否かを判定する。判定部１４は、例えば構造物までの距離が第１の閾値以下である場合、または、構造物の大きさが第２の閾値以上である場合に、観測装置１の回避航行が必要であると判定する。判定部１４は、観測装置１の回避航行が必要であると判定した場合には、回避制御部１５に回避指令信号を出力する。判定部１４は、観測装置１の回避航行が必要でないと判定した場合には、上記構造物データを保存部１６に出力する。
　保存部１６は、例えばハードディスクなどの記憶装置を備えている。保存部１６は、判定部１４で回避航行が必要でないと判定された構造物データを記憶する。換言すれば、保存部１６は、判定部１４により、観測装置１からの距離が第１の閾値以上で、大きさが第２の閾値未満であると判定された構造物の構造物データを記憶する。即ち、保存部１６には、回避航行は必要ないけれども、観測装置１の周囲に存在した構造物のデータ、即ち、観測装置１が海洋を航行する際のヒヤリハットデータが保存されることになる。
　回避制御部１５は、判定部１４から回避指令信号が出力された際に、構造物との衝突を回避するように観測装置１の航行を制御する。即ち回避制御部１５は、回避航行を実行すると判定された際に、回避航行を実行する。
　第１通信部１７は、管理装置２に搭載される第２通信部２１との間で無線通信が可能である。第１通信部１７は、検知部１３で検知された構造物データ、及び、回避制御部１５において実施した回避航行情報を、管理装置２に送信する。即ち、第１通信部１７は、回避制御部１５による回避航行が実行された際に、回避航行情報を基地局に通知する。
　管理装置２は、第２通信部２１と、管理制御部２２と、回避行動ＤＢ２３（回避行動記録部）と、構造物ＤＢ２４（構造物データ記録部）と、アクセス部２５、を備えている。なお、「ＤＢ」とは「データベース」である。
　第２通信部２１は、観測装置１に搭載される第１通信部１７との間で無線通信を行う。第２通信部２１は、観測装置１から送信される構造物データ、即ち構造物までの距離、構造物の大きさ及び形状のデータを受信する。第２通信部２１は、観測装置１から送信される回避航行情報を受信する。
　管理制御部２２は、第２通信部２１で受信した構造物データを構造物ＤＢ２４に出力する。管理制御部２２は、第２通信部２１で受信した回避航行情報を回避行動ＤＢ２３に出力する。
　回避行動ＤＢ２３は、例えばハードディスクなどの記憶装置を備えており、管理制御部２２から出力される回避航行情報を記憶する。
　構造物ＤＢ２４は、例えばハードディスクなどの記憶装置を備えており、管理制御部２２から出力される構造物データを記憶する。
　アクセス部２５は、外部機器（図示省略）からのアクセスを受け付ける。例えば、外部機器により回避航行情報の出力が要求された場合には、回避行動ＤＢ２３に記憶されている回避航行情報を読み出して外部機器に出力する。また、外部機器により構造物データの出力が要求された場合には、構造物ＤＢ２４に記憶されている構造物データを読み出して外部機器に出力する。即ちアクセス部２５は、外部からのアクセスに対して、回避行動ＤＢ２３及び構造物ＤＢ２４に記憶されているデータを外部に出力する制御を行う。
　次に、本実施形態に係る観測システム１００の動作について説明する。図４は、観測装置１による処理手順を示すフローチャートである。
　初めにステップＳ１１においてライダー１１の照射部１１１は、一定の時間間隔で水平方向の３６０°にレーザ光を照射する。
　ステップＳ１２においてライダー１１の受光部１１２は、照射部１１１から照射され、図３に示した無人水上機５１、小型船舶５２、岩礁５３、浮漁礁５４などの構造物により反射した反射光を受光する。
　ステップＳ１３において検知部１３は、受光部１１２で受光された反射光に基づいて、観測装置１の周囲に存在する構造物を検知する。構造物が検知された場合には（Ｓ１３；ＹＥＳ）、ステップＳ１４に処理を進め、そうでなければ（Ｓ１３；ＮＯ）、ステップＳ１１に処理を戻す。
　ステップＳ１４において検知部１３は、受光部１１２で受光された反射光に基づいて、観測装置１から構造物までの距離、構造物の大きさ及び形状を検知する。
　ステップＳ１５において判定部１４は、観測装置１から構造物までの距離が所定の第１の閾値以下であるか否かを判定する。第１の閾値以下である場合には（Ｓ１５；ＹＥＳ）、ステップＳ１７に処理を進め、そうでなければ（Ｓ１５；ＮＯ）、ステップＳ１６に処理を進める。
　ステップＳ１６において判定部１４は、構造物の大きさが所定の第２の閾値以上であるか否かを判定する。第２の閾値以上である場合には（Ｓ１６；ＹＥＳ）、ステップＳ１７に処理を進め、そうでなければ（Ｓ１６；ＮＯ）、ステップＳ１９に処理を進める。
　ステップＳ１７において判定部１４は、回避制御部１５に回避指令信号を出力する。即ち、観測装置１から第１の閾値以内となる範囲に構造物が存在する場合、或いは、観測装置１の周囲に第２の閾値以上の大きさを有する構造物が存在する場合には、これらの構造物との衝突を回避するため、回避指令信号を出力する。回避制御部１５は、回避航行を行うことにより、構造物との衝突を回避する。回避航行とは、例えば観測装置１の進行方向を変更する、或いは観測装置１を停止、逆進させるなどである。
　ステップＳ１８において第１通信部１７は、検知部１３で検知された構造物データ、及び、回避制御部１５が回避航行を行ったことを示す回避航行情報を、管理装置２に出力する。
　一方、構造物までの距離が第１の閾値を超えており、且つ、構造物の大きさが第２の閾値未満である場合には、ステップＳ１９において保存部１６は、構造物データを例えばハードディスクに保存する。即ち、回避航行には至らなかったけれども、観測装置１の周囲に存在した構造物の構造物データ、即ち、距離、大きさ、形状のデータを保存部１６に保存する。保存部１６に保存した構造物データは、ヒヤリハットデータとして後に利用することができる。
　こうして、観測装置１の周囲に構造物が存在した場合に、構造物までの距離、構造物の大きさに応じて観測装置１の回避航行を制御し、構造物との衝突を回避することができる。
　次に、図５に示すフローチャートを参照して、管理装置２における処理手順について説明する。初めにステップＳ３１において管理制御部２２は、観測装置１による回避航行が行われたか否かを判定する。
　例えば、観測装置１の回避制御部１５により構造物との衝突を回避するための回避航行が行われた際には、観測装置１の第１通信部１７から回避航行情報が送信され、この回避航行情報が第２通信部２１にて受信される。管理制御部２２は、第２通信部２１において回避航行情報が受信された際に、観測装置１による回避航行が行われたものと判定する。回避航行が行われた場合には（Ｓ３１；ＹＥＳ）、ステップＳ３２に処理を進め、そうでなければ（Ｓ３１；ＮＯ）、ステップＳ３３に処理を進める。
　ステップＳ３２において管理制御部２２は、観測装置１による回避航行情報を、回避行動ＤＢ２３に記録する。
　ステップＳ３３において管理制御部２２は、構造物データを受信したか否かを判定する。例えば、観測装置１の検知部１３にて観測装置１の周囲に存在する構造物が検知された際には、構造物データが第１通信部１７から送信され、この構造物データは第２通信部２１で受信される。管理制御部２２は、第２通信部２１において構造物データが受信された際に、構造物データを受信したものと判定する。構造物データを受信した場合には（Ｓ３３；ＹＥＳ）、ステップＳ３４に処理を進め、そうでなければ（Ｓ３３；ＮＯ）、ステップＳ３５に処理を進める。
　ステップＳ３４において管理制御部２２は、構造物データを構造物ＤＢ２４に記録する。
　ステップＳ３５においてアクセス部２５は、外部機器により例えばデータの読取要求などのアクセスが有るか否かを判定する。アクセスがある場合には（Ｓ３５；ＹＥＳ）、ステップＳ３６に処理を進め、そうでなければ（Ｓ３５；ＮＯ）、本処理を終了する。
　ステップＳ３６においてアクセス部２５は、回避行動ＤＢ２３及び構造物ＤＢ２４に記録されている各データを外部機器に出力する。その後、本処理を終了する。こうして、観測装置１が過去に回避航行を行ったときの結果、及び、構造物データを記録し、且つ外部機器からのアクセスに対してこれらの情報を出力することが可能になる。
　このように本実施形態に係る観測システム１００は、海洋データを観測する観測装置１、及び観測装置１と通信可能な管理装置２を備えた観測システム１００であって、観測装置１は、周囲にレーザ光を照射し、その反射光を受光するライダー１１と、反射光に基づいて、ライダー１１の周囲に存在する構造物までの距離、及び構造物の大きさ、の少なくとも一方を含む構造物データを検知する検知部１３と、構造物データに基づいて、構造物との衝突を回避する回避航行を実行するか否かを判定する判定部１４と、回避航行を実行すると判定された際に、回避航行を実行する回避制御部１５と、管理装置２と通信する第１通信部１７と、を備え、管理装置２は、観測装置１から送信された回避航行情報を記憶する回避行動ＤＢ２３（回避行動記憶部）と、外部からの要求に対して、回避航行情報を外部に出力するアクセス部２５を備える。
　本実施形態では、海上での海洋観測において、ＡＩＳ情報を発信しない小型船舶、岩礁などの構造物までの距離をライダー１１を用いて検知する。このため、海洋を航行する観測装置１の周囲に存在する構造物を確実に検知することができ、構造物との衝突を回避することができる。また、監視者が常時観測装置１の周囲を監視するという作業が不要となり、人手による労力を軽減し、且つコストダウンを図ることが可能になる。
　本実施形態では、マストの頂部にライダー１１を設置するので、例えば図６に示すように、観測装置１から近い位置に岩礁５３が存在する場合に、波の影響を受けて観測装置１が矢印Ｙ１に示すように上下方向に変動した場合でも、岩礁５３をライダー１１の検知領域とすることができ、高精度に岩礁５３などの構造物を検知することができる。
　また、ライダー１１から照射するレーザ光は、海洋観測装置に積載する気象センサ等と干渉しない短波（赤外波長）であるため、観測データ収集に影響を与えることを回避できる。
　また保存部１６には、回避航行には至らなかったけれども、観測装置１の周囲に存在した構造物の構造物データが保存されるので、ヒヤリハットデータとして後に利用することが可能になる。また、岩礁などの地形情報を検知できるため、海域調査への活用が期待できる。
　上記説明した本実施形態の観測装置１には、図７に示すように例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit、プロセッサ）９０１と、メモリ９０２と、ストレージ９０３（ＨＤＤ：Hard Disk Drive、ＳＳＤ：Solid StateDrive）と、通信装置９０４と、入力装置９０５と、出力装置９０６とを備える汎用的なコンピュータシステムを用いることができる。メモリ９０２およびストレージ９０３は、記憶装置である。このコンピュータシステムにおいて、ＣＰＵ９０１がメモリ９０２上にロードされた所定のプログラムを実行することにより、観測装置１の各機能が実現される。
　なお、観測装置１は、１つのコンピュータで実装されてもよく、あるいは複数のコンピュータで実装されても良い。また、観測装置１は、コンピュータに実装される仮想マシンであっても良い。
　なお、観測装置１用のプログラムは、ＨＤＤ、ＳＳＤ、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）メモリ、ＣＤ (Compact Disc)、ＤＶＤ (Digital Versatile Disc)などのコンピュータ読取り可能な記録媒体に記憶することも、ネットワークを介して配信することもできる。コンピュータ読取り可能な記録媒体は、例えば非一時的な（non-transitory）記録媒体である。
　なお、本開示は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で数々の変形が可能である。
  １　　観測装置
　２　　管理装置
　１１　ライダー
　１３　検知部
　１４　判定部
　１５　回避制御部
　１６　保存部
　１７　第１通信部
　２１　第２通信部
　２２　管理制御部
　２３　回避行動ＤＢ（回避行動記憶部）
　２４　構造物ＤＢ
　２５　アクセス部
　１００　観測システム
　１１１　照射部
　１１２　受光部

Claims (8)

  1. 　海洋データを観測する観測装置であって、
    　周囲にレーザ光を照射し、その反射光を受光するライダーと、
    　前記反射光に基づいて、前記ライダーの周囲に存在する構造物までの距離、及び前記構造物の大きさ、の少なくとも一方を含む構造物データを検知する検知部と、
    　前記構造物データに基づいて、前記構造物との衝突を回避する回避航行を実行するか否かを判定する判定部と、
    　前記回避航行を実行すると判定された際に、前記回避航行を実行する回避制御部と、
    　を備えた観測装置。
  2. 　前記判定部は、前記構造物までの距離が第１の閾値以下である場合か、または、前記構造物の大きさが第２の閾値以上である場合に、前記回避航行を実行すると判定する
    　請求項１に記載の観測装置。
  3. 　前記判定部により、観測装置からの距離が第１の閾値以上で、大きさが第２の閾値未満であると判定された構造物の構造物データを記憶する保存部、を更に備えた
    　請求項１または２に記載の観測装置。
  4. 　前記回避航行が実行された場合に、回避航行情報を基地局に通知する第１通信部
    　を更に備えた請求項１または２に記載の観測装置。
  5. 　鉛直方向に延在する棒状のマスト、を更に備え、
    　前記ライダーは、前記マストの頂部に設置されている
    　請求項１または２に記載の観測装置。
  6. 　海洋データを観測する観測装置、及び前記観測装置と通信可能な管理装置を備えた観測システムであって、
    　前記観測装置は、
    　周囲にレーザ光を照射し、その反射光を受光するライダーと、
    　前記反射光に基づいて、前記ライダーの周囲に存在する構造物までの距離、及び前記構造物の大きさ、の少なくとも一方を含む構造物データを検知する検知部と、
    　前記構造物データに基づいて、前記構造物との衝突を回避する回避航行を実行するか否かを判定する判定部と、
    　前記回避航行を実行すると判定された際に、前記回避航行を実行する回避制御部と、
    　前記管理装置と通信する第１通信部と、
    　を備え、
    　前記管理装置は、
    　前記観測装置から送信された回避航行情報を記憶する回避行動記憶部と、
    　外部からの要求に対して、前記回避航行情報を外部に出力するアクセス部と、
    　を備えた観測システム。
  7. 　海洋データを観測する観測方法であって、
    　ライダーから周囲にレーザ光を照射し、その反射光を受光し、
    　前記反射光に基づいて、前記ライダーの周囲に存在する構造物までの距離、及び前記構造物の大きさ、の少なくとも一方を含む構造物データを検知し、
    　前記構造物データに基づいて、前記構造物との衝突を回避する回避航行を実行するか否かを判定し、
    　前記回避航行を実行すると判定された際に、前記回避航行を実行する
    　観測方法。
  8. 　請求項１に記載の観測装置としてコンピュータを機能させるプログラム。
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