JP3524889B2 - 野生生物の位置・行動把握システム - Google Patents
野生生物の位置・行動把握システムInfo
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Description
保持させ、該無線端末からの信号を受信して、生体の位
置を連続的に追跡する野生生物の位置・行動把握システ
ムに関するものである。
行動調査、いわゆる、テレメトリ調査が野生生物の保護
や学術的研究のために盛んに行われている。テレメトリ
調査は、アメリカ、ヨーロッパを中心に鳥類陸上哺乳
類、魚類等の野生生物の行動、形態調査等で多くの実績
がある。野生生物の個***置を特定することにより、野
生生物の行動形態の把握には最も有効な方法と考えられ
ている。これら調査において、野生生物の位置を把握す
ることは基本であり、重要なデータとなる。
を対象とした環境アセスメント等に用いる場合には多く
の問題点を持っている。
リ調査は、野生生物に発信機を装着し放した後、人間が
探査用アンテナ持って野生生物を追跡し位置を特定する
という調査方法である。このような調査方法では位置を
特定するのに莫大な時間と労力を必要とし、その位置精
度は低く、長期間の継続調査は難しい。また、公共事業
による物理的環境の改変が生態系に与える影響の把握の
ために必要なデータである、複数の種、複数の個体の野
生生物の行動を同時に把握することは不可能に近いのが
現状である。
生生物の位置・行動を把握するためのシステムに関する
開発が要望される。
平11- 94599号公報)には、GSP(Global Posi
tioning System)を利用することにより、人力に頼るこ
となく野生生物の位置と行動を調査できる野生動物生態
調査システムが提示されている。
衛星が必要不可欠である。GSP衛星の開発・打上げ・
維持等には莫大な費用がかかるため、独自で用意するの
は不可能に近い。そのため、米国国防省が運営するGS
P衛星を利用するのが普通であり、GSP衛星の利用は
米国の様々な事情に左右されるのが現状である。
P衛星を必要としないテレメトリシステムは非常に有望
視されている。
ない方法としては、野生生物の生体に無線送信部を有す
る端末を保持させ、前記生体の生息域もしくは生息域周
囲に複数受信局を配置し、前記端末の無線送信部からの
送信信号を前記複数受信局にて受信して前記端末からの
電波到来方向を求めることにより、前記端末を保持する
生体の位置を追跡する方法が知られている。この方法は
一般にバイオテレメトリシステムとよばれる。
なる生体1に、無線送信部17、送信アンテナ18、電池19
から構成される無線端末29を取り付け、無線送信部17か
らの信号を送信アンテナ18を通して空中に送信する。
号を受信するための受信アンテナで、一般には指向性に
優れたビームアンテナが用いられる。また、4、4′は
受信アンテナ3、3′からの信号を受信する受信機であ
る。
機4を一組の受信装置として、複数地点A,Bにそれぞ
れ固定するか、もしくは受信装置一組を複数地点に持っ
て行き、それぞれの地点で受信アンテナ3、3′の方向
を回転させて、無線端末29からの電界強度が最大となる
電波到来方向5, 5′を求め、地図上にて2つの電波到
来方向5, 5′の交点6として求める。これにより野生
生物の位置を把握できるが、求めた生体の位置を一定時
間毎に記録することにより、野生生物の行動履歴も把握
できる。
テレメトリシステムでは、専ら受信電界強度の高い2受
信局を選定し、その2受信局での電波到来方向の交点と
して生***置を1ポイント求めるのが一般的である。こ
の場合、電界強度の高い受信局を選定するので電波到来
方向をより正確に求められる利点があるが、生体と受信
局との位置関係によっては(例えば、生***置と2受信
局が直線上に並ぶ場合など)、電波到来方向が僅かにず
れても、交点の位置が大きくずれてしまい、最終的な生
***置に大きな誤差を生じるという欠点があった。
高精度の無線末端および受信アンテナを必要とするた
め、これら機材に多くの費用がかかるという欠点があっ
た。さらに、高精度の機材を用いても、汚れ等による老
朽化や遮蔽物や落雷等による電波障害により、その感度
が落ちるような場合には、大きな誤差を生じる可能性が
ある。それら問題を防ぐために、機材の維持にも費用と
労力を必要とするという欠点があった。
り、受信アンテナの方向を回転させて、受信アンテナの
捉える無線端末からの電界強度が最大となる受信アンテ
ナの方向を、電波到来方向とする。しかし、各アンテナ
により無線端末に対して向いている方向が違うため、電
界強度が最大となる方向までアンテナが回転する時間も
違ってくる。最初から無線末端方向に向いている受信ア
ンテナでは、短時間で無線末端からの電界強度が最大と
なる方向を検知するが、そうでない受信アンテナでは受
信アンテナを回転させる分、無線末端からの電界強度が
最大となる方向を検知するのに時間がかかる。つまり各
受信アンテナにより無線末端からの電波到来方向の測定
時間に差が出る。このことは生体が移動している場合
に、電波到来方向の測定時間の間に生体と無線末端が移
動してしまうため、各アンテナ間で誤差が出てしまう。
つまり生体の移動により測定誤差が生じる。
のアンテナの回転速度を早くする、アンテナを増設する
方法が考えられるが、アンテナ回転駆動部や受信制御回
路が複雑になったりシステム価格が高くなるという欠点
があった。
無線端末は無線送信部のみを有し、しかも予め設定され
た信号を送信するのが一般的である。例えば、数十〜数
百MHz の正弦波を数十mSの間、数秒間隔で継続的に送信
し続けるのが最も一般的と言える。このため、例えば夜
行性動物の昼間や、冬眠する動物の冬眠期間など、生体
が活動せずに移動しない時や追跡調査の必要がない時も
無線送信部が動作するために電池が消耗し、送信可能な
時間すなわち生体の位置追跡が可能な時間が短くなった
り、電源容量の大きい電池を使用する必要が生じ結果と
して無線端末の寸法、重量が増大し生体への負担が増え
たり、無線端末を取りつけ可能な生体の大きさに制限が
でるという大きな欠点があった。
あるいは生息域周囲に送信局を配置し、かつ生体に取り
つける端末に無線受信部を合わせ持たせ、送信局からの
送信信号を受信したとき端末送信部の送信を開始し予め
設定した時間だけ送信するシステムがある。特に複数個
の生体を追跡する場合は、各端末に識別番号を割り振
り、送信局からの送信信号に追跡対象とする端末の識別
番号をのせることにより、送信局からの識別番号に合致
した端末のみが動作するシステムも構成されている。該
システムでは、端末の送信開始時間、送信回数を制御で
き、かつ追跡対象とした端末のみが動作するので、端末
の電池の消耗を低減できる長所があるが、端末の無線送
信部の送信開始のみを制御するに止まっており、生体の
活動状況、生体周囲の環境、電波伝搬環境などに対応し
ての細かい制御はされていない。このため、前記した生
体あるいは生体周囲の環境条件に応じての細かい送信制
御、電源制御、ならびに追跡データの取得は困難であっ
た。
し、生体の位置及び行動を効率的にかつ高精度で測定す
ることができ、しかも安価な、野生生物の位置・行動把
握システムを提供することにある。
するために、第1に、野生生物の生体に無線送信部を有
する端末を保持させ、前記生体の生息域もしくは生息域
周囲に複数受信局を配置し、前記端末の無線送信部から
の送信信号を前記複数受信局にて受信して前記端末から
の電波到来方向を求めることにより、前記端末を保持す
る生体の位置を追跡する野生生物の位置・行動把握シス
テムであって、無線送信部の送信は送信局からの送信信
号により制御するものであり、また、複数受信局の中か
ら2受信局の組み合わせを求め、各組み合わせを構成す
る2受信局の電波到来方向の交点として求められる端末
位置を組み合わせの個数分求め、その場合に、端末から
受信される電波強度が 100 dBm以下の受信局を含む組
み合わせは不適な組み合わせとし、また、求められた電
波到来方向の交点が受信アンテナに非常に近くなる 30 m
以内のものは不適な組み合わせとし、該複数個の端末位
置につき、電波到来方向の測定誤差がもたらす位置誤差
の重み付けを行い、生体の位置を特定することを要旨と
するものである。
囲を、生体の生息範囲ならびに既に求めた生体の位置と
生体の移動可能範囲とから予測した新たな生***置の範
囲をもとに制限することを要旨とするものである。
合わせ持たせ、該センサの動作を送信局からの送信信号
により制御し、該センサでの取得データを前記端末の送
信信号の一部として送信し1もしくは複数受信局で収集
することを要旨とするものである。
部の送信は送信局からの送信信号により制御するもので
あり、送信局、無線送信部としてのインテリジェント発
信機、複数の受信局と情報制御所から構成され、送信局
はフィールド内の任意の発信機ごとに発信命令を送信す
る機能を持っている。
から発信命令が送信された時のみ発信するインテリジェ
ント機能を持ち、発信間隔、発信スケジュール等を遠隔
で制御でき、従来のテレメトリ調査のように、発信機か
ら一定間隔で電波が発信され、その信号をもとに位置を
特定するだけでなく、インテリジェント発信機により任
意に観測スケジュールを変更し、夜行性の生物には夜間
観測の回数を増やす等の柔軟な観測を可能にしている。
また、複数の受信局を設置し受信局のデータクを解析す
るプログラムにより、自動的かつ高精度に野生生物の位
置を特定することを可能にしている。
信号を制御することにより、効率的に最小限の電力で、
生体によって異なる行動形態に合わせた確実な追跡がで
きる。さらに電力の消耗防止は、生***置を追跡できる
期間が長くできる、あるいは、端末の電池を小さくで
き、より小さい生体への端末取り付けが可能になるなど
の利点を生じる。
い電波到来方向を求め、電波到来方向の測定誤差がもた
らす位置測定誤差の重み付けを行い最終的な位置を算出
するので、電波到来方向の測定誤差があっても、高精度
での生***置測定が可能であり、かつ従来の2受信局の
みの受信による方法では生じる可能性がある誤差を抑え
ることができる。
に加え、複数受信局の各アンテナの走査範囲を制限する
ことにより、アンテナを回転させる角度を狭め、回転さ
せる時間を減らし、各受信局が無線末端からの電界強度
が最大となる方向を検知する時間を短縮する。これによ
り生体の移動による測定誤差を最小限に抑え、より正確
な生体の位置を特定することができる。
に加え、生体に保持させる末端のセンサにより、生体の
体温、脈拍、生体周囲の温度、湿度等といったより密な
データを取得することが可能であり、これらデータと生
***置から求められる行動パターンとの相関関係を分析
すれば、より正確に生体の生態が把握できる。さらに該
センサ出力に応じて、生体の追跡時間すなわち生体端末
の無線送信部の送信信号を制御することとで生体を確実
に効率的に追跡できる。
の形態を詳細に説明する。図1は本発明の野生生物の位
置・行動把握システムの1実施形態を示す説明図で、図
中1は前記従来例と同じく追跡の対象となる生体であ
る。この追跡の対象となる生体1は、うさぎなどの陸上
の動物に限らず、水中の魚、空中の鳥でも良い。2は無
線端末、3,3′,3″は受信アンテナ、4,4′,
4″は受信機である。これら受信アンテナ3,3′,
3″および受信機4,4′,4″で受信局を構成する。
5,5′,5″は各受信局での電波到来方向を示し、
6,6′,6″は各電波到来方向の交点である。また、
7aは送信機、7bは送信アンテナで、送信機7aと送
信アンテナ7bにて1つの送信局8を構成する。
術と異なり無線装身部17に加え、無線受信部20および送
信、受信を分岐する共用器部21ならびに制御部22を有す
る。制御部22は、無線受信部20で受信した信号に応じて
無線送信部17の送信信号を制御するもので、一般にはマ
イクロプロセッサを主要部に構成される。
用端末を識別する符号、生体用端末の無線送信部の送信
信号を制御する符号が含まれている。生体用端末の無線
受信部20では、送信局からの送信信号を受信するとこの
中に含まれる識別符号に生体用端末に割り振られた識別
符号が合致するか否かを判断し、合致している場合は継
続する制御信号により生体用端末の送信部の送信信号を
制御する。
電波の波形を図6に示すと、縦軸に電界強度、横軸に時
間をとってあり、送信局8からの制御信号は、送信信号
の送信開始時間23、送信停止時間24、送信時間幅25、送
信周期26、送信電力27を制御する。これら送信開始時間
23、送信停止時間24のみならず、送信時間幅25、送信周
期26を合わせて制御する。
ーを示すが、生***置はこのフローに従った手順により
求められる。具体的にはまず各受信アンテナの走査範囲
を限定し、走査開始および停止角度を設定する〔ステッ
プ(イ)〕。
を走査し、到来電波の電界最強角度を決定し〔ステップ
(ロ)〕、全受信局のから2受信局の組み合わせを設定
する〔ステップ(ロ)〕。各2受信局の組み合わせにお
いて〔ステップ(ハ)〕、電波到来方向から交差位置を
算出する〔ステップ(ニ)〕。
合わせによるものは除き、有効な組み合わせのみを選定
する〔ステップ(ホ)〕。
による計算を行う〔ステップ(ヘ)〕。各有効交差位置
に重みをつけた平均交差位置を算出し、これを生***置
とする〔ステップ(ト)〕。
図2に示す。全受信局の中でできる2受信局の組み合わ
せ(図では、受信アンテナ3−3′,3′−3″,3−
3″の3つの組み合わせ)により、電波到来方向の交点
6,6′,6″を求める。なお、本実施形態では、受信
局は3つであるため、2受信局の組み合わせも3つであ
る。しかし、この数に限るものではなく、受信局の数が
4つ以上存在する場合、3つ以上の組み合わせが可能で
ある。これら組み合わせのうち、不適な組み合わせを除
き全ての組み合わせにおいて電波到来方向の交点を求め
る。
てはまるものである。第一に、無線端末2から受信され
る電波強度が弱い受信局を含む組み合わせは不適な組み
合わせとする。本実施形態では100 dBm以下のものは
不適条件該当とする。
受信アンテナに非常に近くなる組み合わせは不適な組み
合わせとする。本実施例では電波到来方向の交点が受信
アンテナの30m以内のものは不適条件該当とする。な
お、不適な組み合わせの条件もこれに等に限るものでは
なく、必要に応じて条件を増やす、ないし減らすことも
ある。
定し、この測定誤差を考慮して電波到来方向を推定した
場合に生じる交点10,10′,10″を求める。本実施形態
では測定誤差が1度生じると仮定し、受信アンテナ3,
3′,3″により測定された電波到来方向5,5′,
5″より到来方向を1度ずらした方向を測定誤差を考慮
して推定した電波到来方向9,9′,9″とし、これら
交点10,10′,10″を求める。なお測定誤差はこの数字
に限るものではなく、無線末端や受信アンテナの精度、
地形により適宜決めるものとする。
信アンテナ3,3′,3″において一定角度としたが、
これに限るものではなく、無線末端と受信アンテナ間の
距離や受信された無線末端からの電波の電界強度等をパ
ラメーターとした関数により決定してもよい。
誤差を考慮して推定した電波到来方向の交点間の距離、
すなわち電波到来方向の交点と測定誤差を考慮して推定
した電波到来方向と6−9,6′−9′,6″−9″間
の距離を求め、これが小さい順位( 図では、6' ,6"
,6の順位) で交点に重み付けを行って生***置11を
求める。具体的には電波到来方向の交点6,6′,6″
の地図上の座標をそれぞれ(X1,Y1)、(X2,Y
2)、(X3,Y3)とする。なお、この地図上の座標
とは緯度、経度等既存の座標を用いても構わないし、追
跡対象の生体の生息域に独自の座標を設けたものでも構
わない。また、上述した6−9,6′−9′,6″−
9″間の距離をそれぞれL1、L2、L3とする。この
とき、生***置の座標(X′,Y′)(図2において11
の座標)は以下の式によって求める。
L3)/(1/L1+1/L2+ 1/L3) Y′=(Y1/L1+ Y2/L2+Y3/L3)/(1
/L1+1/L2+ 1/L3)
に限るものではなく、追跡の対象である生体の種類、無
線端末や受信アンテナの性能、生息域の地形等様々な条
件に応じて座標を求める関数を適宜決めていくものとす
る。
のように生体と受信局とがほぼ1直線上に並びわずかな
電波到来方向の測定誤差が生***置測定の大きな測定誤
差を生じるケースを除去でき、電界強度の大きい2受信
局の組み合わせで求めた交点( 図では6) よりも、より
正確にすなわち高精度で生***置を測定できる。さらに
市販の安価な無線局や受信アンテナでは精度に限界があ
り、測定誤差が生じてしまうが、それら測定誤差を考慮
し、修正を加えることができる。このことにより安価な
機材でも正確にすなわち高精度で生***置を測定でき
る。
到来方向の測定誤差がもたらす生***置の測定誤差によ
って行ったが、それに限るものではなく、無線端末から
受信された電波の電界強度、受信端末と受信アンテナ間
の距離、受信アンテナと交点の交差角等による重み付け
も考えられる。
を図3に示す。図中12は前回の測定で求めた生***置、
13は前回と今回の測定の時間に生態の移動可能な範囲
を、14が生体の生息域を示している。
く、図の15−15′の範囲に制限する。また、生体の生息
域が図のように受信アンテナ3から見て16−16′の範囲
にある場合はさらに、この範囲に走査範囲を制限して16
−15' とする。このように受信局では、生体の移動可能
な範囲のみを走査するので走査時間を短くでき、各受信
局間での電波到来方向の測定時間差も少なくなり、結果
として位置の測定誤差を小さくできる。
末から送信すれば十分なので、端末の電源の消耗を低減
できる。また、受信局の電源に太陽電池などを使用する
場合も、アンテナの走査時間が短くできるので、受信局
の電源消耗も低減できる。さらに、この誤差低減のため
に、高速でのアンテナ回転機能、アンテナ増設が不要と
なるため、安価に精度向上が図れる。
とにより、前述したように受信局アンテナの走査範囲を
制限する場合、受信局アンテナの走査時間だけ送信する
ように送信時間幅25の短縮が可能であり、効率的に生体
位置測定が可能となり、かつ生体用端末の電源の消耗を
低減できる。
高い場合は、送信電力27を小さくしたり、降雨時や生息
域の樹木の繁茂により受信電界強度が低い場合は送信電
力27を上げて電波到来方向の測定を確実にすることがで
きるなど、電波伝搬環境に応じた必要十分な出力制御に
より、電池の消耗を低減しつつ確実に生体用端末の位置
を測定できるという大きな利点を生じる。この端末から
の送信電力の制御は、送信局から端末への送信電力の制
御に用いても良い。
らの送信信号は生***置の測定のみに使用されている
が、該送信信号に情報をのせても良い。情報としては生
体の体温、脈拍、あるいは生体周囲の温度、湿度などの
データがある。
合の無線端末のブロック図で、28が上記情報を得るため
のセンサで、センサ出力を制御部22を通して送信信号に
のせる。無線端末2は、無線受信部17に加え、無線送信
部20および送信、受信を分岐する共有器部21ならびに制
御部22を有する点は前記図5と同じである。
求められる行動パターンとの相関関係を分析すれば、よ
り正確に生体の生態が把握できるという大きな利点が生
じる。また、これらのセンサ出力に応じて、生体の追跡
時間すなわち生体端末の無線送信部の送信信号を制御す
ることも可能になる。
置・行動把握システムは、生体の位置及び行動を効率的
にかつ高精度で測定することができ、しかも安価なもの
で、生体に保持させる端末に無線送信部に加え無線受信
部を合わせ持たせ、送信局からの送信信号により前記端
末からの送信信号を制御するため、様々な状況に合わせ
て生体からの送信信号を確実に、効率的にかつ最小限の
電力で測定できるものである。
す位置測定誤差の重み付けを行い最終的な位置を算出す
るので、電波到来方向の測定誤差があっても、高精度で
の生***置測定が可能である。さらに受信局のアンテナ
の走査範囲を制限し短時間での走査を可能にしたため、
複数受信局での電波到来方向測定の時間差がもたらす位
置測定誤差を安価に低減できるものである。
にセンサ出力を取りこむことが可能であり、このため、
密な生体のデータを端末からの送信信号に受信局で収集
できる。
センサ出力を取り込むことが可能であり、このため、密
な生体のデータを端末からの送信信号に受信局で収集で
きる。しかも、これらのデータをもとに、端末の送信信
号をも制御することが可能でであり、生体を確実に効率
的に追跡できる。
1実施形態を示す説明図である。
1実施形態において生***置を高精度で求める方法を示
す説明図である。
1実施形態において生体の移動による測定誤差を低滅す
る手法を示す説明図である。
1実施形態における生***置算出のフローを示す図であ
る。
使用する無線端末のブロック図である。
生体用端末の無線送信部からの送信信号の電波の波形図
である。
おいて無線送信部からの送信信号に情報をのせる場合の
ブロック図である。
ある。
受信機 5, 5′,5″…電波到来方向 6, 6′,6″…
電波到来方向の交点 7a…送信機 7b…送信アンテナ 8…送信局 9, 9′,9″…測定誤差を考慮して推定した電波到来
方向 10,10′,10″…測定誤差を考慮して推定した電波到来
方向の交点 11…交点に重み付けを行って求めた生***置 12…前回の測定で求めた生***置 13…前回と今回の測定の時間に生体の移動可能な範囲 14…生体の生息域 15,15′…受信アンテナから見た生体移動可能距離の範
囲 16,16′…受信アンテナから見た生体の生息域 17…無線送信部 18…送信アンテナ 19…電池 20…無線受信部 21…共有器部 22…制御部 23…送信信号の送信開始時間 24…送信信号の送信停止時間 25…送信信号の送信時間幅 26…送信信号の送信周期 27…送信信号の送信電力 28…センサ 29…無線端末
Claims (3)
- 【請求項1】 野生生物の生体に無線送信部を有する端
末を保持させ、前記生体の生息域もしくは生息域周囲に
複数受信局を配置し、前記端末の無線送信部からの送信
信号を前記複数受信局にて受信して前記端末からの電波
到来方向を求めることにより、前記端末を保持する生体
の位置を追跡する野生生物の位置・行動把握システムで
あって、無線送信部の送信は送信局からの送信信号によ
り制御するものであり、また、複数受信局の中から2受
信局の組み合わせを求め、各組み合わせを構成する2受
信局の電波到来方向の交点として求められる端末位置を
組み合わせの個数分求め、その場合に、端末から受信さ
れる電波強度が 100 dBm以下の受信局を含む組み合わ
せは不適な組み合わせとし、また、求められた電波到来
方向の交点が受信アンテナに非常に近くなる 30 m以内の
ものは不適な組み合わせとし、該複数個の端末位置につ
き、電波到来方向の測定誤差がもたらす位置誤差の重み
付けを行い、生体の位置を特定することを特徴とした野
生生物の位置・行動把握システム。 - 【請求項2】 複数受信局の各アンテナの走査範囲を、
生体の生息範囲ならびに既に求めた生体の位置と生体の
移動可能範囲とから予測した新たな生***置の範囲をも
とに制限する請求項1記載の野生生物の位置・行動把握
システム。 - 【請求項3】 生体に保持させる端末にセンサを合わせ
持たせ、該センサの動作を送信局からの送信信号により
制御し、該センサでの取得データを前記端末の送信信号
の一部として送信し1もしくは複数受信局で収集する請
求項1または請求項2に記載の野生生物の位置・行動把
握システム。
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