JP6977266B2 - 水中捜索方法および水中捜索システム - Google Patents

Description

本発明は、水中航走体を用いて水中の目的物を捜索するために用いる水中捜索方法および水中捜索システムに関するものである。

ＡＵＶ（Autonomous Underwater Vehicle）あるいはＵＵＶ（Unmanned Underwater Vehicle）と呼ばれる自律航走型の無人の水中航走体は、水中の自然物や、水中に人為的に設置された物体などの捜索に用いることが考えられている。

水中航走体を用いて水底に沈んでいる水中の目的物を捜索するためのものとしては、水中情報収集システムが従来提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

この水中情報収集システムでは、水中航走体は、水中の情報を収集する手段として、ＣＣＤカメラ、水中音響カメラ、サイドスキャンソーナを備えた構成とされている。また、水中航走体を用いて目的物である捜索対象を捜索する場合の手法は、水中航走体が水中を移動しながら水底を観測し、捜索対象が発見されたら、水中航走体は、その位置まで接近して捜索対象のより詳細な情報を収集し、その後、水中航走体は、元の移動経路へ復帰するものとされている。

特開２０１０−１３９２７０号公報

ところが、特許文献１に示された手法では、移動経路を移動中に移動経路から外れた位置に捜索対象が発見された場合は、その都度、水中航走体は、捜索対象が発見された位置に接近するために前記移動経路から外れて航走する必要がある。

また、水中航走体は、水中情報収集手段が水中の情報を収集した時点から、収集されたデータの解析により捜索対象が発見されるまでの処理に要する時間の間も、移動経路に沿う移動を継続しているため、水中航走体が捜索対象の発見位置に向かうときには、移動経路を戻る方向へ移動する必要が生じる。そのため、水中航走体が巡航型の場合は、旋回する必要が生じ、その旋回を行うためには航走速度を低下させるという速度制御も必要になることがある。

更に、水中航走体が移動経路から外れるときには、水中航走体に備えた水中情報収集手段の検知範囲も移動経路を基準とする位置からずれるため、水中航走体が元の移動経路に戻るときには、移動経路に沿う水中情報収集手段の検知範囲に途切れが生じないように、水中航走体が移動経路に戻る位置と、戻るときの航走方向とを適切に制御する必要もある。

したがって、特許文献１に示された手法で捜索対象の捜索を行う場合は、水中航走体の移動経路に沿う移動中に、捜索対象が発見されると進路変更や速度変更を割り込ませて実施する必要があり、更に、捜索対象の発見位置に応じて進路や速度の制御量をその場で求めて制御を行う必要があるため、水中航走体の移動の効率が低下する。よって、特許文献１に示された捜索手法は、捜索対象の捜索の効率が悪いというのが実状である。

しかも、特許文献１には、水中情報収集手段として、ＣＣＤカメラ、水中音響カメラ、サイドスキャンソーナなど、複数種のものが示されているが、これらは、単に水中の情報を画像として収集するものとして示されているのみであって、捜索対象の捜索を効率よく行うために使い分ける考えは何ら示されていない。

そこで、本発明は、捜索範囲から目的物を効率よく発見することができる水中捜索方法および水中捜索システムを提供しようとするものである。

本発明は、前記課題を解決するために、水中航走体を、目的物の捜索範囲を移動経路に従い航走させる航走処理と、前記航走処理の際、前記水中航走体に備えた情報収集範囲が大小異なる第１の情報収集手段と第２の情報収集手段のうち、前記第２の情報収集手段に比して情報収集範囲が大となる前記第１の情報収集手段を用いて水中の情報を収集する処理と、前記第１の情報収集手段で収集した情報を基に、目的物に類似した物体を目的物候補として抽出する処理と、前記目的物候補の位置を、前記水中航走体の航走の目標位置、および、前記第２の情報収集手段による情報収集の対象として設定する処理と、前記水中航走体が前記目標位置へ移動して、前記第２の情報収集手段による情報収集を行う処理と、水中航走体が前記第２の情報収集手段で収集した情報を管制局に送信する処理と、前記管制局に備えた表示部にて、前記第２の情報収集手段で収集された情報を表示する処理とを行う水中捜索方法とする。

前記第１の情報収集手段で収集した情報を基に抽出された目的物候補を、前記管制局の表示部に表示する処理と、前記管制局にて詳細情報の収集対象とする目的物候補が指定されると、該目的物候補の位置を、前記水中航走体の航走の目標位置、および、前記第２の情報収集手段による情報収集の対象として設定する処理と、を行う方法としてある。

前記第１の情報収集手段として音響画像センサを使用し、前記第２の情報収集手段として光学式の画像センサを使用する方法としてある。

また、水中航走体と管制局とを備え、前記水中航走体は、位置検出手段と、推進操舵手段と、制御装置と、情報収集範囲が大小異なる第１の情報収集手段および第２の情報収集手段と、通信機とを備え、前記水中航走体または前記管制局の少なくとも一方に、前記第１の情報収集手段で収集した情報を基に、目的物に類似した物体を目的物候補として抽出する処理を行う手段を備え、前記管制局は、前記水中航走体との通信を行う通信機と、前記目的物候補の情報を表示する表示部を備え、更に、前記水中航走体は、目的物の捜索範囲を移動経路に従い航走する機能と、前記捜索範囲における移動経路に従う航走の際、前記第１の情報収集手段を用いて水中の情報を収集する機能と、前記抽出された目的物候補の位置を、航走の目標位置、および、前記第２の情報収集手段による情報収集の対象として、前記目標位置へ移動すると共に、前記第２の情報収集手段による情報収集を行う機能と、前記第２の情報収集手段で収集した情報を前記管制局に送信する機能と、を備える構成を有する水中捜索システムとする。

本発明の水中捜索方法および水中捜索システムによれば、捜索範囲から目的物を効率よく発見することができる。

水中捜索システムの第１実施形態を示す概要図である。 図１の水中捜索システムを用いて行う水中捜索方法を示すフロー図である。 目的物の捜索範囲に設定される水中航走体の移動経路を示す概要図である。 水中航走体に備えた情報収集手段で目的物候補の情報が収集される状態を示す概要図である。 水中捜索システムにおける管制局にて、表示部に目的物候補が表示された状態を示す概要図である。 表示部に光学式カメラで収集した目的物候補の画像が表示された状態を示す概要図である。 水中捜索システムの第１実施形態の応用例を示す概要図である。 図７の水中捜索システムを用いて行う水中捜索方法を示すフロー図である。 水中捜索システムの第２実施形態を示す概要図である。 図９の水中捜索システムを用いて行う水中捜索方法を示すフロー図である。

以下、本発明を実施するための形態を図面を参照して説明する。

［第１実施形態］
図１は水中捜索システムの第１実施形態を示す概要図である。図２は、図１の水中捜索システムを用いて行う水中捜索方法を示すフロー図である。図３は、目的物の捜索範囲に設定される水中航走体の移動経路を示すもので、図３（ａ）は捜索範囲全体を示す概要図、図３（ｂ）は、捜索範囲の一部を拡大して示す図である。図４は、水中航走体に備えた情報収集手段で目的物候補の情報が収集される状態を示すもので、図４（ａ）は、サイドスキャンソーナによる情報収集の状態を示す概要図、図４（ｂ）は光学式カメラによる情報収集の状態を示す概要図である。図５は、水中捜索システムにおける管制局にて、表示部に目的物候補が表示された状態を示すもので、図５（ａ）は、表示部に捜索範囲全体の画像が示された状態の概要図、図５（ｂ）は、表示部に捜索範囲の一部の画像が表示された状態の概要図である。図６は表示部に光学式カメラで収集した目的物候補の画像を表示した状態を示す概要図である。

本実施形態の水中捜索システムは、図１に示すもので、水中航走体１と、水中航走体１の航走の管制を遠隔で行う管制局２とを備えた構成とされている。

水中航走体１は、位置検出手段３と、推進操舵手段４と、制御装置５と、情報収集範囲が大小異なる第１の情報収集手段６および第２の情報収集手段７と、通信機としての音響通信機８とを備えた構成とされている。位置検出手段３、推進操舵手段４、各情報収集手段６，７および音響通信機８は、制御装置５に接続されている。

位置検出手段３は、水中航走体１の自機の位置を検出する機能を備えるものである。位置検出手段３が検出する水中航走体１の自機の位置は、たとえば、地球座標における緯度と経度および深度に関する３次元座標とすればよい。位置検出手段３は、たとえば、慣性航法装置を備えた構成や、慣性航法装置とドップラー流速計を備えた構成とされている。

更に、位置検出手段３は、水中航走体１の自機の向きと姿勢とを検出する機能を備えている。

推進操舵手段４は、水中航走体１の推進と操舵とを行う機能を備えるものである。推進操舵手段４は、たとえば、水中航走体１の機体後端側に設けられた図示しないメインスラスタと舵とを備えた構成であってもよいし、その構成にサイドスラスタと垂直スラスタのいずれか一方または双方を加えた構成であってもよい。また、推進操舵手段４は、水中航走体１の推進と操舵とを行うことができれば、水中航走体１の機体に角度変更可能に装備されたスラスタや、推進力の発生量を個別に調整可能な複数のスラスタの組からなる構成など、従来、水中航走体１に実装あるいは提案されている様々な形式の推進操舵手段４を採用してもよいことは勿論である。

制御装置５は、後述するように目的物の捜索範囲９に移動経路１０が設定されると（図３（ａ）参照）、位置検出手段３から取得する水中航走体１の現在の自機の位置の情報、および、自機の向きと姿勢の情報を基に、自機が移動経路１０に沿い航走するための指令（制御入力）を推進操舵手段４に与える機能を備えている。

更に、制御装置５は、後述するように管制局２から目的物候補１１（図４、図５（ｂ）参照）の座標が指示されると、その座標を目標位置に設定し、位置検出手段３から取得する現在の自機の位置の情報、および、自機の向きと姿勢の情報とを基に、自機が目標位置に到達する航走を行うための指令（制御入力）を推進操舵手段４に与える機能を備えている。

第１の情報収集手段６と第２の情報収集手段７は、相対的に、第１の情報収集手段６の情報収集範囲の方が、第２の情報収集手段７の情報収集範囲に比して大となるという関係を有している。この場合の情報収集範囲の大小とは、有効な情報収集が可能なレンジの大小か、あるいは、単位時間あたりの情報収集可能面積の大小である。

更に、第１の情報収集手段６と第２の情報収集手段７は、相対的に、第２の情報収集手段７の方が、第１の情報収集手段６に比して、物体のより詳細な情報を収集可能な特性を有するという関係を有している。

一般に、物体の特定を行う場合は、物体の形状や外観のような視覚的な情報に基づく判断が有効である。また、一般に、水中における光の減衰は、音の減衰に比して大きい。

これらの点を考慮して、本実施形態では、第１の情報収集手段６は、超音波を含む音波を用いて物体の情報を得る形式の情報収集手段とし、第２の情報収集手段７は、光を用いて物体の情報を得る形式の情報収集手段としてある。

具体的な例としては、第１の情報収集手段６は、たとえば、音響画像センサであるサイドスキャンソーナとする。第２の情報収集手段７は、たとえば、光学式の画像センサである光学式カメラとする。なお、以下においては、便宜上、サイドスキャンソーナには、第１の情報収集手段６と同じ符号６を付し、光学式カメラには、第２の情報収集手段７と同じ符号７を付して説明する。

更に、光学式カメラ７は、情報収集範囲である撮影領域に向けて光を照射する水中ライトのような照明手段１２が付設された構成とされている。

サイドスキャンソーナ６と光学式カメラ７は、制御装置５により、オンとオフとが切り替え制御される。また、照明手段１２は、制御装置５により、光学式カメラ７に合わせてオンとオフとが切り替え制御されるようにすればよい。

音響通信機８は、管制局２に備えられた通信機としての音響通信機１３を通信対象として、ステータスＳの送信とコマンドＣの受信とを行う機能を備えている。

本実施形態では、音響通信機８が送信するステータスＳには、サイドスキャンソーナ６で収集された情報、光学式カメラ７で収集された情報、制御装置５から出力される水中航走体１の位置の情報、および、水中航走体１の向きと姿勢の情報が含まれる。

本実施形態では、管制局２は、船舶１４に装備されている。管制局２は、音響通信機１３と、音響通信機１３に接続された制御装置１５とを備えた構成とされている。なお、船舶１４は、図示しないが、水中航走体１が航走するときには、音響通信機１３により水中航走体１の音響通信機８との間での相互通信が可能な位置関係を保持するように移動する機能、たとえば、水中航走体１に追従して航走可能な機能を備えているものとする。

音響通信機１３は、水中航走体１の音響通信機８を通信対象として、ステータスＳの受信と、コマンドＣの送信とを行う機能を備えている。

音響通信機１３が送信するコマンドＣには、制御装置１５から発せられる水中航走体１の航走に関する指令が含まれる。コマンドＣの具体的な内容は後述する。

制御装置１５は、画像処理部１６と、表示部１７と、入力部１８とを備えた構成とされている。

表示部１７は、図５（ａ）（ｂ）、図６に示すようなディスプレイであり、図５（ａ）（ｂ）に示すように、画像処理部１６で処理された画像データに基づく画像Ｐ１を表示する機能と、図６に示すように、水中航走体１の光学式カメラ７で収集された情報に基づく画像Ｐ２を表示する機能とを備えている。なお、図５（ａ）（ｂ）と図６は、表示部１７にて、画面に画像Ｐ１と画像Ｐ２とを切り替えて表示する例を示しているが、たとえば、表示部１７の画面を図示しない複数の区画に分割して、画面内の異なる分割区画に画像Ｐ１と画像Ｐ２とを分けて表示するようにしてもよい。あるいは、表示部１７は、画面内に、サイズ変更や移動が自在な図示しない複数の表示領域を表示可能なものとして、画面内の異なる表示領域に画像Ｐ１と画像Ｐ２とを分けて表示するようにしてもよい。

なお、表示部１７は、図５（ａ）（ｂ）、図６では、矩形状のものとして示したが、この形状は一例であり、図示した以外の縦横比の矩形や、正方形や、円形や、その他任意の形状としてもよいことは勿論である。また、表示部１７は、任意の表示方式のディスプレイを用いてよいことは勿論である。

入力部１８は、制御装置１５への入力を行うためのものであり、少なくとも、図５（ａ）（ｂ）のように表示部１７に表示された画像Ｐ１における目的物候補１１のうち、水中航走体１の光学式カメラ７による詳細な情報収集を望む目的物候補１１を指定する入力を行う機能を備えている。

また、入力部１８は、後述するように画像処理部１６で目的物と類似した物体を抽出する処理を行う際に使用される抽出条件を設定する機能も備えることが好ましい。この抽出条件は、たとえば、目的物の形状やサイズなど、目的物の特定に有効な情報や、目的物を他の物体と識別するのに有効な情報である。

更に、入力部１８は、表示部１７に表示された画像Ｐ１や画像Ｐ２の拡大や縮小の操作、表示範囲のスクロールといった操作を行う機能を備えていてもよい。

これらの機能を備える入力部１８は、たとえば、キーボード、表示部１７と一体式のタッチパネル、マウスやその他のポインティングデバイスなど、一般にコンピュータの入力機器として採用されている既存の入力機器を少なくとも１つ備えた構成とすればよい。

水中航走体１に備えたサイドスキャンソーナ６は、音響ビームを照射し、その反射音を検出するものであるため、検出された反射音に基づいて水中の物体の位置を示す画像（音響画像）を生成するには画像処理が必要とされる。

画像処理部１６は、この画像処理を行うものであり、音響通信機１３で受信されて制御装置１５に入力されるステータスＳに水中航走体１のサイドスキャンソーナ６で収集した情報が含まれていると、その情報に基づいた画像処理を実施する機能を備えている。

この際、画像処理部１６は、ステータスＳから、サイドスキャンソーナ６で収集した情報に対応する情報収集時の水中航走体１の位置、および、水中航走体１の向きと姿勢の情報とを取得し、取得した各情報に基づいて、水底の形状と、水底に存在している物体の位置についての画像データを生成し、この画像データを表示部１７へ出力する機能を備えている。この画像処理部１６の機能に基づいて表示部１７に表示される画像が、前記した画像Ｐ１となる。

更に、画像処理部１６は、設定された前記抽出条件の情報を基に、表示部１７に表示される画像Ｐ１中の目的物と類似した物体を抽出し、その物体を目的物候補１１として画像Ｐ１中に明示する機能を備えている。

画像Ｐ１中の目的物に類似した物体を抽出する手法は、たとえば、パターンマッチングや、画像相関法など、既存または従来提案されている任意のアルゴリズムを用いるようにすればよい。

なお、サイドスキャンソーナ６により収集された情報をそのまま画像化して表示すると、水中航走体１の移動経路１０の直下位置よりも右側の水底の形状が示される画像と、左側の水底の形状が示される画像との間に、水中航走体１の水底からの高度の２倍の寸法分の幅の帯状の非計測領域が挿入される。そこで、画像処理部１６では、この帯状の領域を除去する処理を行った画像を、表示部１７に表示させるようにしてもよい。このようにすれば、表示部１７では、水底について、水中航走体１の航走方向と直交する水平方向に連続する状態で画像Ｐ１を表示することができる。よって、この場合、表示部１７に表示される画像Ｐ１は、緯度や経度の座標軸が途切れることがなくなるので、明示された目的物候補１１の捜索範囲９内での位置を視覚的に把握しやすいものとすることができる。

表示部１７にて目的物候補１１を明示する手法としては、たとえば、目的物候補１１を、丸や四角などの枠や、点滅する枠で囲んで表示するようにすればよい。なお、目的物候補１１を他の物体と識別可能に表示することができれば、目的物候補１１を明示する手法は、前記以外の手法を採用してもよいことは勿論である。

また、画像処理部１６では、目的物候補１１を抽出する処理に伴い、抽出された目的物候補１１の位置の座標を得ることができる。よって、画像処理部１６は、表示部１７に表示させる画像Ｐ１中に、目的物候補１１の位置の座標を表示する機能や、画面に表示されている領域やものの実際のサイズを示すためのスケール（図示せず）を表示する機能を備えるようにしてもよい。更に、画像処理部１６は、表示部１７に表示させる画像Ｐ１中に、目的物候補１１を抽出する際に算出される目的物との類似度を、目的物候補１１に対応させて表示する機能を備えるようにしてもよい。

表示部１７では、画像処理部１６で画像処理された画像データに基づく画像Ｐ１を表示するときに、図５（ａ）に示すように、画面に捜索範囲９全体の画像を表示して、捜索範囲９における目的物候補１１の位置や分布を確認したり、図５（ｂ）に示すように、画面に目的物候補１１の付近を拡大表示して、目的物候補１１の外形やサイズを確認したりすることができる。

なお、画像処理部１６は、目的物候補１１を抽出するための条件を、予め記憶しておくようにしてもよいし、表示部１７に画像Ｐ１を表示させた状態で、入力部１８からの入力による抽出条件の変更を受け付けるようにしてもよい。画像処理部１６が抽出条件の変更を受け付ける場合は、表示部１７に表示した画像Ｐ１中に、抽出条件を変更しながらその抽出条件に対応した目的物候補１１を表示させることができる。このため、画像処理部１６では、抽出条件の変更や、複数の抽出条件がある場合の各抽出条件の優先度の変更などの操作により、画像Ｐ１中に表示される目的物候補１１の数が過多や過少にならないように調整することができる。

制御装置１５は、入力部１８での入力により、表示部１７に表示された画像Ｐ１における目的物候補１１のうちから詳細な情報収集を望む目的物候補１１が指定されると、水中航走体１に対し、指定された目的物候補１１の位置の座標を、航走の目標位置、および、光学式カメラ７による撮影の対象として指示する指令を発する機能を備えている。この指令は、音響通信機１３から、コマンドＣとして水中航走体１に向けて送信される。

以上の構成としてある本実施形態の水中捜索システムを用いる水中捜索方法は、図２に示す手順で実施する。

先ず、目的物の捜索計画に沿い捜索範囲９が設定されると、図示しない経路設定部が、サイドスキャンソーナ６を用いて捜索範囲９全体を捜索するための水中航走体１の移動経路１０を設定する（ステップＳ１）。なお、前記経路設定部は、管制局２の制御装置１５に備えられていてもよいし、コンピュータのような別の経路設定用の機器に備えられていてもよい。

移動経路１０は、たとえば、図３（ａ）に示すように、捜索範囲９に対し、平面内で交差する２つの方向のうち、水中航走体１が第１の方向に沿って往復する経路を、第２の方向に順次シフトさせて配置した、所謂くし型の移動経路１０に設定される。本実施形態では、第１の方向と第２の方向は、直交する配置とされている。また、第２の方向へシフトさせる距離は、図３（ｂ）に示すように、水中航走体１が第１の方向に沿う１つの経路を航走するときのサイドスキャンソーナ６による帯状の情報収集領域と、隣接する経路を航走するときのサイドスキャンソーナ６による帯状の情報収集領域とが、設定された寸法でオーバーラップするように設定される。

この移動経路１０の設定は、たとえば、ウェイポイントファイルによるものであってもよいし、所定の経路に従う水中航走体１の自律航走を行わせるために従来採用あるいは提案されている他の経路設定手法によるものであってもよい。

設定された移動経路１０は、水中航走体１の制御装置５へ指令として与えられる。また、水中航走体１の制御装置５に対しては、水中航走体１が移動経路１０を移動するときにはサイドスキャンソーナ６をオンにするという指示も与える。

水中航走体１の制御装置５に対するこれらの指令は、たとえば、水中航走体１が船上や陸上にあるときに有線接続により行うか、あるいは、音響通信機８を介した通信によって行うようにすればよい。

次に、水中航走体１の航走を開始させる。これにより、水中航走体１は、捜索範囲９における移動経路１０の開始地点に向かって航走した後、捜索範囲９では、図４（ａ）に示すように、移動経路１０に沿う航走を行いながら、サイドスキャンソーナ６による情報収集を行う（ステップＳ２）。

水中航走体１は、サイドスキャンソーナ６により収集した情報は、制御装置５から出力される水中航走体１の位置の情報、および、水中航走体１の向きと姿勢の情報と共に、ステータスＳとして、音響通信機８と音響通信機１３とを介した通信により、管制局２の制御装置１５へ順次送信する（ステップＳ３）。

水中航走体１は、捜索範囲９における移動経路１０に沿う航走を終了すると、後述するステップＳ７で管制局２からの指令を受信するまで、推進操舵手段４を停止してドリフトするか、その場または設定された位置で定点保持するか、あるいは、設定された領域で旋回航走を行って待機状態になる。また、制御装置５は、水中航走体１が捜索範囲９における移動経路１０に沿う航走を終了すると、サイドスキャンソーナ６にオフにする指令を与える。

水中航走体１が捜索範囲９における移動経路１０に沿う航走を終了すると、管制局２では、制御装置１５が、サイドスキャンソーナ６によって収集された情報を画像処理部１６で処理して、目的物と類似した目的物候補１１を抽出し（ステップＳ４）、図５（ａ）（ｂ）に示したように、表示部１７に目的物候補１１を含む画像Ｐ１を表示する（ステップＳ５）。

次いで、管制局２では、目的物候補１１について、水中航走体１の光学式カメラ７による詳細な情報収集を望む目的物候補１１の指定を行う（ステップＳ６）。

このステップＳ６の処理は、たとえば、図示しないオペレータが、表示部１７に表示された画像Ｐ１で目的物候補１１を確認し、目的物と思われる目的物候補１１を選定して、それを、詳細情報の収集対象とする目的物候補１１として入力部１８で指定するようにすればよい。

なお、ステップＳ６で表示部１７に表示された画像Ｐ１を基に詳細情報の収集対象とする目的物候補１１を指定する処理をオペレータが行うようにするのは、以下の理由による。

すなわち、画像処理部１６での画像処理によって目的物と類似した目的物候補１１を抽出する処理では、設定された抽出条件に基づく判断しか行われない。しかし、サイドスキャンソーナ６で収集した情報には誤差が含まれているため、抽出条件をあまり厳密に設定すると、目的物が目的物候補１１に含まれなくなる可能性が生じてしまう。また、抽出条件に対する類似度が高くて画像処理部１６で目的物候補１１として抽出されたものの中にも、設定された抽出条件以外の条件から考えると、明らかに目的物とは異なるものが含まれていることもある。

そのため、現状では、画像処理部１６では目的物候補１１の抽出条件をある程度広めに設定しておき、その抽出条件に基づいて抽出された目的物候補１１のうちから、オペレータが真に目的物と考えられるものと、それ以外のものとを判断する処理が有効になる。

なお、今後、前記のようなオペレータが目的物候補１１を指定する際に行う取捨選択の判断基準や判定を、コンピュータに学習させることや、数値化して自動的な処理が可能になれば、前記ステップＳ６の処理は、管制局２の制御装置１５で自動的に行わせるようにしてもよいことは勿論である。

前記ステップＳ６にて、詳細情報の収集対象とする目的物候補１１が指定されると、制御装置１５は、指定された目的物候補１１の位置の座標を、水中航走体１の航走の目標位置、および、光学式カメラ７による撮影の対象として指示する指令を発する（ステップＳ７）。この指令は、コマンドＣとして、音響通信機１３と音響通信機８を介した通信により、水中航走体１の制御装置５へ送られる。

水中航走体１では、制御装置５が、前記コマンドＣを受けると、自機が目標位置、すなわち、指定された目的物候補１１の位置に到達する航走を行うための指令（制御入力）を推進操舵手段４に与える。更に、制御装置５は、この航走が開始されると、あるいは、航走に伴って水中航走体１が目標位置に設定された距離まで近付くと、光学式カメラ７および照明手段１２をオンにする。

これにより、水中航走体１は、図４（ｂ）に示すように、指定された目的物候補１１の位置まで航走すると共に、光学式カメラ７により、指定された目的物候補１１の画像の撮影による詳細な情報の収集を行う（ステップＳ８）。

また、水中航走体１は、前記のように指定された目的物候補１１の詳細な情報を収集するときに、必要に応じて、指定された目的物候補１１の周辺を航走しながら、指定された目的物候補１１の周囲の領域についての画像の撮影を行うようにしてもよい。このようにすれば、水中航走体１では、指定された目的物候補１１のみならず、指定された目的物候補１１が存在している個所の周辺の環境や状況についても、詳細な情報を収集することができる。

水中航走体１は、前記ステップＳ８で光学式カメラ７により指定された目的物候補１１の情報を収集し、必要に応じてその周辺の環境や状況の情報を収集すると、その情報を、ステータスＳとして、音響通信機８と音響通信機１３とを介した通信により、管制局２の制御装置１５へ送信する（ステップＳ９）。

これにより、管制局２では、制御装置１５が、図６に示すように、光学式カメラ７によって収集された情報に基づく画像Ｐ２を表示部１７に表示する（ステップＳ１０）。

したがって、管制局２では、図示しないオペレータが、表示部１７に表示された目的物候補１１の画像を観察、検討し、その目的物候補１１が真の目的物であるか、否かを判断することができる。

その後、管制局２で、水中航走体１の光学式カメラ７による詳細な情報収集を望む別の目的物候補１１があるか否かが判断され（ステップＳ１１）、詳細な情報収集を望む別の目的物候補１１がある場合は、ステップＳ６に戻り、その別の目的物候補１１を詳細情報の収集対象とするステップＳ６からステップＳ１０までの処理を行ってから、ステップＳ１１に進む処理を再び実施する。

これにより、管制局２では、図示しないオペレータが、表示部１７に表示された目的物候補１１のうち、図示しないオペレータが詳細情報の収集対象に指定したすべての目的物候補について、光学式カメラ７で撮影した画像を観察、検討し、その目的物候補１１が真の目的物であるか、否かを判断することができる。

一方、前記ステップＳ１１にて、管制局２で、詳細な情報収集を望む別の目的物候補１１がないと判断された場合は、水中捜索方法を終了する。

このように、本実施形態の水中捜索方法および水中捜索システムによれば、目的物の捜索範囲９にて、水中航走体１を移動経路１０に従って航走させながらサイドスキャンソーナ６による情報収集を行い、その結果を基に目的物候補１１を抽出し、その後、指示された目的物候補１１の位置まで水中航走体１を移動させて、光学式カメラ７による詳細な情報を収集し、その結果得られた画像を基に、目的物候補１１が真の目的物であるかを判断することができる。

したがって、本実施形態の水中捜索方法および水中捜索システムでは、水中航走体１は、捜索範囲９を移動経路１０に従い航走するときには、特許文献１に示された手法で必要とされたような捜索対象発見ごとの進路変更や速度変更を不要にできる。また、本実施形態の水中捜索方法および水中捜索システムは、詳細情報の収集対象とする目的物候補１１が指示された場合は、水中航走体１を、その目的物候補１１の位置を目標位置に指定して、航走させることができる。

このため、本実施形態の水中捜索方法および水中捜索システムによれば、水中航走体１の移動の効率の向上化を図ることができて、捜索範囲９から目的物を効率よく発見することができる。

また、水中航走体１に備えた第１の情報収集手段としてのサイドスキャンソーナ６と、第２の情報収集手段としての光学式カメラ７のうち、相対的に情報収集範囲が大となるサイドスキャンソーナ６は、捜索範囲９に設定された移動経路１０に従って水中航走体１を航走させるときの情報収集手段として用いるようにしてある。一方、相対的に情報収集範囲が小となる光学式カメラ７は、水中航走体１を指定された目的物候補１１の位置を目標位置として航走させるときの情報収集手段として用いるようにしてある。このように、本実施形態の水中捜索方法および水中捜索システムは、複数の情報収集手段を、それぞれの情報収集範囲の大きさに応じて使い分けているので、捜索範囲９から目的物を効率よく発見することができる。

更に、本実施形態の水中捜索方法および水中捜索システムでは、水中航走体１に備えたサイドスキャンソーナ６が収集した情報は、管制局２の制御装置１５で自動的に画像処理して、目的物候補１１を表示部１７で画像Ｐ１中に表示するようにしてあるため、捜索範囲９が広大な場合であっても、目的物である可能性が高い物体を発見する労力を軽減することができる。

［第１実施形態の応用例］
図７は水中捜索システムの第１実施形態の応用例を示す概要図である。図８は、図７の水中捜索システムを用いて行う水中捜索方法を示すフロー図である。

なお、図７、図８において、第１実施形態と同一のものには同一符号を付して、その説明を省略する。

前記第１実施形態に示した水中捜索方法では、水中航走体１に備えたサイドスキャンソーナ６により収集した情報や、光学式カメラ７により収集した目的物候補１１についての詳細な情報は、いずれもステータスＳとして管制局２の制御装置１５へ送信するものとしてある。

ところで、水中で利用可能な通信手段である音響通信は、一般的に空中で使用可能な通信手段である無線通信と比較すると、通信速度が遅く、通信可能な範囲が限定されるという特性を有している。

そのため、水中航走体１から管制局２へ送信すべきステータスＳのデータ量が大容量化する場合は、音響通信機８と音響通信機１３との間の音響通信によるデータの送受信が処理の律速になることが考えられる。

そこで、本応用例の水中捜索システムは、図７に示すように、第１実施形態と同様の構成に加えて、水中航走体１が制御装置５に接続された無線通信機１９を備え、管制局２が制御装置１５に接続された無線通信機２０を備える構成とされている。

水中航走体１に備えた無線通信機１９と、管制局２に備えた無線通信機２０は、音響通信機８と音響通信機１３と同様のステータスＳとコマンドＣの送受信を相互に行う機能を備えている。

なお、無線通信機１９と無線通信機２０は、後述するように水中航走体１が水面に浮上した状態で通信を行うためのものである。したがって、無線通信機１９と無線通信機２０の通信規格は、水中航走体１が水面に浮上した状態のときに船舶１４に備えた管制局２との通信に必要とされる距離に応じて、無線ＬＡＮやその他、既存の任意の無線通信の通信規格を適宜選定して採用すればよい。

以上の構成としてある本応用例の水中捜索システムを用いる水中捜索方法は、たとえば、図８に示す手順で実施する。

本応用例の水中捜索方法は、図８に示すように、図２に示したと同様の手順において、ステップＳ２で、水中航走体１が、捜索範囲９にて移動経路１０（図４（ａ）参照）に沿う航走を行いながらサイドスキャンソーナ６による情報収集を行う。その際、本実施形態では、サイドスキャンソーナ６で収集された情報と、制御装置５から出力される情報収集時の水中航走体１の位置の情報、および、水中航走体１の向きと姿勢の情報は、図示しない記憶部に蓄積する。

前記ステップＳ２にて、水中航走体１が捜索範囲９における移動経路１０に沿う航走を終了すると、本応用例では、ステップＳ１２に進んで、水中航走体１は、水面まで浮上する。

その後、図２に示したと同様のステップＳ３に進み、水中航走体１は、記憶部に蓄積しておいたサイドスキャンソーナ６により収集した情報と、情報収集時の水中航走体１の位置の情報、および、水中航走体１の向きと姿勢の情報を、ステータスＳとして、無線通信機１９と無線通信機２０とを介した通信により、管制局２の制御装置１５へ順次送信する（ステップＳ３）。

前記ステップＳ３の後、水中航走体１は、ステップＳ７で管制局２からの指令を受信するまで、水面で、推進操舵手段４を停止してドリフトするか、その場または設定された位置で定点保持するか、あるいは、設定された領域で旋回航走を行って待機状態になる。

本応用例の水中捜索方法では、ステップＳ３の後は、ステップＳ４に進む。このステップＳ４以降の手順は、図２に示した第１実施形態の水中捜索方法と同様としてある。

したがって、本応用例の水中捜索方法および水中捜索システムによれば、水中航走体１が捜索範囲９にて移動経路１０（図４（ａ）参照）に沿う航走を行いながらサイドスキャンソーナ６による情報収集を行うことに伴って、サイドスキャンソーナ６で収集した情報を含むステータスＳのデータ量が大容量化していても、無線通信機１９と無線通信機２０とを介した無線通信により、水中航走体１から管制局２の制御装置１５へステータスＳを速やかに送信することができる。

よって、本応用例の水中捜索方法および水中捜索システムは、第１実施形態と同様の効果に加えて、サイドスキャンソーナ６では、第１実施形態よりも詳細な情報を収集することが可能になる。よって、本応用例の水中捜索方法および水中捜索システムは、捜索範囲９から、目的物である可能性が高い物体をより発見しやすくすることができる。

なお、本応用例の水中捜索方法では、図８に示したようにステップＳ２とステップＳ３の間で、水中航走体１が水面に浮上する処理を行う場合について例示した。これに対し、ステップＳ８とステップＳ９との間に、水中航走体１が水面に浮上する処理を行って、水中航走体１に備えた光学式カメラ７で収集した目的物候補１１についての詳細な情報を、ステータスＳとして、無線通信機１９と無線通信機２０とを介した無線通信により、水中航走体１から管制局２の制御装置１５へ送信するようにしてもよい。

このようにすれば、光学式カメラ７で収集した目的物候補１１についての詳細な情報を含むステータスＳのデータ量が大容量化していても、無線通信機１９と無線通信機２０とを介した無線通信により、水中航走体１から管制局２の制御装置１５へステータスＳを速やかに送信することができる。

このステップＳ８とステップＳ９との間で水中航走体１が水面に浮上する処理を備える場合、前記したステップＳ２とステップＳ３の間で水中航走体１が水面に浮上する処理（ステップＳ１２）は、共に行ってもよいし、省略してもよい。

［第２実施形態］
図９は水中捜索システムの第２実施形態を示す概要図である。図１０は、図９の水中捜索システムを用いて行う水中捜索方法を示すフロー図である。

なお、図９、図１０において、第１実施形態と同一のものには同一符号を付して、その説明を省略する。

本実施形態の水中捜索システムは、図９に示すように、第１実施形態と同様の構成において、水中航走体１が、サイドスキャンソーナ６と制御装置５に接続された画像処理部２１を備える構成としたものである。

画像処理部２１は、第１実施形態における管制局２の制御装置１５に備えた画像処理部１６と同様に、サイドスキャンソーナ６で収集した情報と、情報収集時の水中航走体１の位置、および、水中航走体１の向きと姿勢の情報に基づいて、水底の形状と、水底に存在している物体の位置についての画像データを生成する機能と、その画像データに基づく画像中で目的物と類似した物体を抽出して目的物候補１１とする機能とを備えている。

なお、画像処理部２１で目的物候補１１を抽出するための抽出条件は、水中航走体１を捜索範囲９で移動経路１０に沿って航走させるときに、予め記憶させておくようにすればよい。また、抽出条件は、管制局２からの指令により変更可能としてもよい。

本実施形態における水中航走体１の音響通信機８は、画像処理部２１で生成された目的物候補１１の情報を含む画像データを、ステータスＳとして、管制局２の音響通信機１３へ送信する機能を備えている。

本実施形態では、水中航走体１が画像処理部２１を備える構成とされているため、管制局２の制御装置１５ａは、第１実施形態における制御装置１５と同様の構成から画像処理部を省略した構成とされている。

制御装置１５ａは、音響通信機１３からステータスＳが入力されると、ステータスＳに含まれる画像データと目的物候補１１の情報に基づいて、表示部１７に、図５（ａ）（ｂ）に示したと同様に目的物候補１１が明示された画像Ｐ１を表示する機能を備えている。

また、制御装置１５ａは、入力部１８での入力により、表示部１７に表示された画像Ｐ１における目的物候補１１のうちから詳細な情報収集を望む目的物候補１１が指定されると、水中航走体１に対し、指定された目的物候補１１を、水中航走体１の航走の目標位置、および、光学式カメラ７による撮影の対象として指示する指令を発する機能を備えている。この指令は、音響通信機１３から、コマンドＣとして水中航走体１に向けて送信される。

以上の構成としてある本実施形態の水中捜索システムを用いる水中捜索方法は、図１０に示す手順で実施する。

本実施形態の水中捜索方法は、図１０に示すように、図２に示したと同様のステップＳ１、ステップＳ２の後、ステップＳ１３に進む。

ステップＳ１３では、水中航走体１が捜索範囲９における移動経路１０に沿う航走を終了すると、水中航走体１に備えた画像処理部２１が、サイドスキャンソーナ６によって収集された情報を処理して、目的物と類似した目的物候補１１を抽出する。

水中航走体１は、捜索範囲９における移動経路１０に沿う航走を終了すると、後述するステップＳ１７で管制局２からの指令を受信するまで待機状態となる点、および、制御装置５がサイドスキャンソーナ６にオフにする指令を与える点は、第１実施形態と同様である。

更に、水中航走体１は、画像処理部２１で得た目的物候補１１の情報を含む画像データを、ステータスＳとして、音響通信機８と音響通信機１３とを介した通信により、管制局２の制御装置１５ａへ送信する（ステップＳ１４）。

管制局２では、制御装置１５ａが、ステータスＳを受信すると、目的物候補１１の情報を含む画像データに基づいて、表示部１７に図５（ａ）（ｂ）に示したと同様の目的物候補１１を含む画像Ｐ１を表示する（ステップＳ１５）。

次いで、管制局２では、目的物候補１１について、水中航走体１の光学式カメラ７による詳細な情報収集を望む目的物候補１１の指定を行う（ステップＳ１６）。この詳細情報の収集対象とする目的物候補１１の指定は、図２のステップＳ６と同様に行えばよい。

前記ステップＳ１６にて、詳細情報の収集対象とする目的物候補１１が指定されると、制御装置１５ａは、指定された目的物候補１１を水中航走体１に対して指示する指令を発する（ステップＳ１７）。この指令は、コマンドＣとして、音響通信機１３と音響通信機８を介した通信により、水中航走体１の制御装置５へ送られる。

水中航走体１では、制御装置５が、前記コマンドＣを受けると、指定された目的物候補１１の位置の座標を、水中航走体１の航走の目標位置、および、光学式カメラ７による撮影の対象として設定する（ステップＳ１８）。

その後は、図２に示したと同様のステップＳ８からステップＳ１１までの処理を行うようにする。本実施形態では、ステップＳ１１にて詳細な情報収集を望む別の目的物候補１１があると判断された場合は、ステップＳ１６に戻るようにしてある。

したがって、本実施形態の水中捜索方法および水中捜索システムによっても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

なお、本発明は前記各実施形態および応用例にのみ限定されるものではなく、たとえば、水中航走体１に備える第１の情報収集手段としては、サイドスキャンソーナ６を例示したが、マルチナロービーム音響測探機や、その他の音響式の画像センサを用いてもよい。

水中航走体１に備える第２の情報収集手段としては、光学式カメラを例示したが、レーザ光などを用いる光学式の３次元スキャナを用いてもよい。

更に、第１の情報収集手段６と第２の情報収集手段７は、相対的に、第１の情報収集手段６の情報収集範囲の方が、第２の情報収集手段７の情報収集範囲に比して大となるという関係を有していれば、双方が共に音響式や光学式の情報収集手段であってもよいし、水中で物体の検出が可能な更に別の情報収集方式のものであってもよい。

各実施形態と応用例では、水中航走体１と管制局２との相互通信を水中で行う通信機としては、音響通信機８，１３を例示したが、光や電磁波などの通信方式の通信機を採用してもよい。また、第１実施形態の応用例では、水中航走体１と管制局２との相互通信を空中で行う通信機としては、無線通信機１９，２０を例示したが、光や音波（超音波を含む）などの通信方式の通信機を採用してもよい。

管制局２は、船舶１４に装備された例を示したが、管制局２が地上に設けられた構成であってもよい。この場合は、水面に配置された航走体に、水中航走体１との相互通信を行うための通信機と、管制局２との通信を行うための通信機とを装備した構成の中継機を用いて、水中航走体１と管制局２との間でのコマンドＣとステータスＳの通信を中継させるようにすればよい。

第２実施形態の水中捜索システムにおける水中航走体１と管制局２は、第１実施形態の応用例に示したと同様の無線通信機１９と無線通信機２０を備えた構成としてもよい。この場合の水中捜索方法は、図１０に示した手順におけるステップＳ１３とステップＳ１４との間や、ステップＳ８とステップＳ９との間に、水中航走体１が水面に浮上する処理を行って、水中航走体１から管制局２へ、無線通信機１９と無線通信機２０とを介した無線通信によりステータスＳを送信するようにすればよい。

水中航走体１の図示した形状は一例であり、水中航走体１は図示した以外の形状を備えていてもよい。

その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。

１ 水中航走体、２ 管制局、３ 位置検出手段、４ 推進操舵手段、５ 制御装置、６ サイドスキャンソーナ（第１の情報収集手段、音響画像センサ）、７ 光学式カメラ（第２の情報収集手段、光学式の画像センサ）、８ 音響通信機（通信機）、９ 捜索範囲、１０ 移動経路、１１ 目的物候補、１３ 音響通信機（通信機）、１６ 画像処理部（手段）、１７ 表示部、１９ 無線通信機（通信機）、２０ 無線通信機（通信機）

Claims (3)

1. 水中航走体を、目的物の捜索範囲を移動経路に従い航走させる航走処理と、
   前記航走処理の際、前記水中航走体に備えた情報収集範囲が大小異なる第１の情報収集手段と第２の情報収集手段のうち、前記第２の情報収集手段に比して情報収集範囲が大となる前記第１の情報収集手段を用いて水中の情報を収集する処理と、
   前記第１の情報収集手段で収集した情報を基に、前記目的物に類似した物体を目的物候補として抽出する処理と、
   前記目的物候補の位置を、前記水中航走体の航走の目標位置、および、前記第２の情報収集手段による情報収集の対象として設定する処理と、
   前記水中航走体が前記目標位置へ移動して、前記第２の情報収集手段による情報収集を行う処理と、
   前記水中航走体が前記第２の情報収集手段で収集した情報を管制局に送信する処理と、
   前記管制局に備えた表示部にて、前記第２の情報収集手段で収集された情報を表示する処理と、
   前記第１の情報収集手段で収集した情報を基に抽出された前記目的物候補を前記表示部に表示する処理と、
   前記管制局にて詳細情報の収集対象とする前記目的物候補が指定されると、該目的物候補の位置を、前記水中航走体の航走の前記目標位置、および、前記第２の情報収集手段による情報収集の対象として設定する処理と、を行うこと
   を特徴とする水中捜索方法。
2. 前記第１の情報収集手段として音響画像センサを使用し、前記第２の情報収集手段として光学式の画像センサを使用する
   請求項１記載の水中捜索方法。
3. 水中航走体と管制局とを備え、
   前記水中航走体は、位置検出手段と、推進操舵手段と、制御装置と、情報収集範囲が大小異なる第１の情報収集手段および第２の情報収集手段と、通信機とを備え、
   前記水中航走体または前記管制局の少なくとも一方に、前記第１の情報収集手段で収集した情報を基に、目的物に類似した物体を目的物候補として抽出する処理を行う手段を備え、
   前記管制局は、前記水中航走体との通信を行う通信機と、前記目的物候補の情報を表示する表示部を備え、
   更に、前記水中航走体は、
   前記目的物の捜索範囲を移動経路に従い航走する機能と、
   前記捜索範囲における前記移動経路に従う航走の際、前記第１の情報収集手段を用いて水中の情報を収集する機能と、
   前記抽出された前記目的物候補の位置を、航走の目標位置、および、前記第２の情報収集手段による情報収集の対象として、前記目標位置へ移動すると共に、前記第２の情報収集手段による情報収集を行う機能と、
   前記第２の情報収集手段で収集した情報を前記管制局に送信する機能と、を備え、
   前記管制局は、前記第１の情報収集手段で収集した情報を基に抽出された前記目的物候補を前記表示部に表示する機能を備え、
   前記水中航走体または前記管制局の少なくとも一方は、前記管制局にて詳細情報の収集対象とする前記目的物候補が指定されると、該目的物候補の位置を、前記水中航走体の航走の前記目標位置、および、前記第２の情報収集手段による情報収集の対象として設定する機能を備えることを特徴とする水中捜索システム。

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