JP7248343B2 - 複数の水中航走体の投入方法、及び揚収方法 - Google Patents

Description

本発明は、水底探査等の調査作業を行う複数の水中航走体の投入方法、及び揚収方法に関する。

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等の調査作業を行う場合、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の水中航走体を投入することが考えられる。しかし、複数の水中航走体を用いて調査を行う場合は、１台の水中航走体を用いて調査を行う場合に比べて投入及び揚収作業に時間がかかる。また、水中航走体の投入及び揚収作業は、専用の設備を備えた専用船を用いて行うのが一般的であり、専用船のスケジュールが空くのを待つ必要があるため、水底探査の計画が希望通りに進まないといった課題がある。
特許文献１記載の発明は、水中ステーションや複数の無索式無人潜水艇の投入・揚収作業を効率よく安全に行うことについて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、水中ステーションや複数の自律型無人航走体の投入・揚収作業を効率よく安全に行うことについて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、複数の無人潜水機の投入・揚収作業を効率よく安全に行うことについて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、自走中継器や水中航走体の投入・揚収作業を効率よく安全に行うことについて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展開・運用して水底探査等の調査作業を行うにあたって、水中航走体の投入及び揚収作業を効率よく安全に行うことができる複数の水中航走体の投入方法、及び揚収方法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投入方法は、母船から水底を探査するための複数の水中航走体を水中に投入するに当たり、複数の水中航走体を管制するための数管理部を有し水面の近傍を移動可能な水上管制手段を先に進水させ、その後に、複数の水中航走体を順次水中に投入するとともに、数管理部により水上管制手段を頂点とする略円錐状の範囲である管制領域内に位置する複数の水中航走体の数を管理し、水上管制手段の移動を管制領域内に位置する水中航走体の数に基づいて水中航走体の最大数を管制できるように制御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、先に水上管制手段が進水されるため、水上管制手段による水中航走体の管制を、水中航走体の投入後速やかに開始することができる。これにより、投入作業の効率及び安全性が向上する。
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、先に進水した水上管制手段は、進水後、母船から所定距離離れるように移動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、水上管制手段は、後から投入される水中航走体が衝突したり、投入作業の邪魔となることがなく、投入された複数の水中航走体の管制を行うことができる。これにより、投入作業の効率及び安全性がさらに向上する。

請求項３記載の本発明は、複数の水中航走体の投入順序は、水中航走体の沈降速度及び/又は潜航速度を考慮して定められることを特徴とする。
請求項３に記載の本発明によれば、例えば沈降速度や潜航速度が他よりも遅い水中航走体を先に投入することなどにより、探査開始までの時間を短縮でき、探査作業全体の効率を向上させることができる。また、各水中航走体間の沈降速度や潜航速度の差を考慮した投入順序とすることで、投入した水中航走体同士の衝突を防止することができ、安全性が向上する。

請求項４記載の本発明は、母船の上で複数の水中航走体の探査深度を水中航走体に設定し、かつ水上管制手段に探査深度を入力することを特徴とする。
請求項４に記載の本発明によれば、複数の水中航走体に、予め設定した探査深度において、水上管制手段の管制を受けながら探査作業を行わせることができる。また、作業スペースの広く取れる母船の上で、かつ水に触れることなく探査深度を入力できる。

請求項５記載に対応した複数の水中航走体の揚収方法は、母船に水底を探査するための複数の水中航走体を水中から揚収するに当たり、複数の水中航走体を順次水中から揚収した後に、複数の水中航走体を管制するための数管理部を有し水面の近傍を移動可能な水上管制手段であって、数管理部により水上管制手段を頂点とする略円錐状の範囲である管制領域内に位置する複数の水中航走体の数を管理し、水上管制手段の移動を管制領域内に位置する水中航走体の数に基づいて水中航走体の最大数を管制できるように制御する水上管制手段を揚収することを特徴とする。
請求項５に記載の本発明によれば、水中航走体の位置や通信状態を水上管制手段で把握しながら揚収することができる。これにより、揚収作業の効率及び安全性が向上する。

請求項６記載の本発明は、後から揚収する水上管制手段は、複数の水中航走体を揚収している間は、母船から所定距離離れた位置で待機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、水上管制手段は、浮上して来る水中航走体が衝突したり、揚収作業の邪魔となることがなく、揚収を待つ複数の水中航走体の管制を最後まで行うことができる。これにより、揚収作業の効率及び安全性がさらに向上する。

請求項７記載の本発明は、複数の水中航走体の揚収する順序は、浮上した順であることを特徴とする。
請求項７に記載の本発明によれば、先に浮上した水中航走体に後から浮上した水中航走体が衝突することを防止できる。また、浮上した水中航走体が水に流されて見失うことを防止できる。

請求項８記載の本発明は、複数の水中航走体の揚収が完了するまで、水上管制手段は管制を行うことを特徴とする。
請求項８に記載の本発明によれば、全ての水中航走体が揚収されるまで水上管制手段による水中航走体の管制が継続されるので、揚収作業の効率及び安全性が向上する。

本発明の複数の水中航走体の投入方法によれば、先に水上管制手段が進水されるため、水上管制手段による水中航走体の管制を、水中航走体の投入後速やかに開始することができる。これにより、投入作業の効率及び安全性が向上する。

また、先に進水した水上管制手段は、進水後、母船から所定距離離れるように移動する場合には、水上管制手段は、後から投入される水中航走体が衝突したり、投入作業の邪魔となることがなく、投入された複数の水中航走体の管制を行うことができる。これにより、投入作業の効率及び安全性がさらに向上する。

また、複数の水中航走体の投入順序は、水中航走体の沈降速度及び/又は潜航速度を考慮して定められる場合には、例えば沈降速度や潜航速度が他よりも遅い水中航走体を先に投入することなどにより、探査開始までの時間を短縮でき、探査作業全体の効率を向上させることができる。また、各水中航走体間の沈降速度や潜航速度の差を考慮した投入順序とすることで、投入した水中航走体同士の衝突を防止することができ、安全性が向上する。

また、母船の上で複数の水中航走体の探査深度を水中航走体に設定し、かつ水上管制手段に探査深度を入力する場合には、複数の水中航走体に、予め設定した探査深度において、水上管制手段の管制を受けながら探査作業を行わせることができる。また、作業スペースの広く取れる母船の上で、かつ水に触れることなく探査深度を入力できる。

また、本発明の複数の水中航走体の揚収方法によれば、水中航走体の位置や通信状態を水上管制手段で把握しながら揚収することができる。これにより、揚収作業の効率及び安全性が向上する。

また、後から揚収する水上管制手段は、複数の水中航走体を揚収している間は、母船から所定距離離れた位置で待機する場合には、水上管制手段は、浮上して来る水中航走体が衝突したり、揚収作業の邪魔となることがなく、揚収を待つ複数の水中航走体の管制を最後まで行うことができる。これにより、揚収作業の効率及び安全性がさらに向上する。

また、複数の水中航走体の揚収する順序は、浮上した順である場合には、先に浮上した水中航走体に後から浮上した水中航走体が衝突することを防止できる。また、浮上した水中航走体が水に流されて見失うことを防止できる。

また、複数の水中航走体の揚収が完了するまで、水上管制手段は管制を行う場合には、全ての水中航走体が揚収されるまで水上管制手段による水中航走体の管制が継続されるので、揚収作業の効率及び安全性が向上する。

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 同水中航走体の外観斜視図 同水上管制手段及び複数の水中航走体の載置状態を示す図 同水中航走体の揚収作業を示す図 同投入・揚収システムの概略構成図 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 同水上管制手段の制御ブロック図 同水上管制手段の制御フロー図

以下に、本発明の実施形態による複数の水中航走体の投入方法、揚収方法、及び複数の水中航走体の投入・揚収システムについて説明する。

図１は複数の水中航走体の運用システムの概略構成図、図２は水中航走体の外観斜視図である。
図１では、海洋や湖沼等において、調査水域に１台の水上管制手段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調査作業を行う状態を示している。水上管制手段２０及び水中航走体３０は、母船（支援船）１０に積載して調査水域まで運搬してきたものである。
水上管制手段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手段２０が、電波の届かない水中で調査作業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。

水上管制手段２０には、洋上中継器（ＡＳＶ：Ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｖｅｈｉｃｌｅ）を用いている。水上管制手段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手段２０は、本体２０ａが水中に没して垂直翼２０ｂの上部が水面上に突き出た半潜水状態で用いられる。垂直翼２０ｂの上部には、ＧＰＳ等の自己位置把握手段２１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２２が搭載されている。水上管制手段２０は、自己位置把握手段２１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２２を用いて母船１０との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２３が設けられており、移動手段２３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２４及び通信手段２５が設けられている。通信手段２５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。水上管制手段２０は、音響測位手段２４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２５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。水上管制手段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、水上管制手段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手段２０が管制する管制領域Ｘとしている。

水中航走体３０には、水上管制手段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。水上管制手段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、水上管制手段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手段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を、１台の第１水中航走体３０Ａと、２台の第２水中航走体３０Ｂとした場合を示している。第１水中航走体３０Ａ及び第２水中航走体３０Ｂには、舵、推進器及びバラスト（重り）などの航走手段（潜航手段）３１が設けられており、この航走手段３１によって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３２と、水上管制手段２０との音響信号による双方向通信に用いる通信手段３３と、水上管制手段２０の音響測位手段２４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３３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。水中航走体３０は、水上管制手段２０による測位が所定回数失敗した場合や、水上管制手段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。
ホバリング型の第１水中航走体３０Ａは、第２水中航走体３０Ｂ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調査作業を担う。第１水中航走体３０Ａには、水底の映像撮影を行うための撮像手段４１が設けられている。撮像手段４１は、例えば照明を備えたカメラである。
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。航走型の第２水中航走体３０Ｂは、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調査作業を担う。第２水中航走体３０Ｂには、水底の地形の調査を行う地形調査手段４２と水底下の地層の調査を行う地層調査手段４３が設けられている。地形調査手段４２及び地層調査手段４３は、例えばソナーである。また、第２水中航走体３０Ｂは、航走手段（潜航手段）３１として、後部に推進器３１Ａを備え、下部にバラスト（重り）３１Ｂを備えている。バラスト３１Ｂ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。

次に、水上管制手段２０及び複数の水中航走体３０の投入・揚収システムについて、図３から図５を用いて説明する。

図３は水上管制手段２０及び複数の水中航走体３０の載置状態を示す図、図４は水中航走体３０の揚収作業を示す図である。
本実施形態の投入・揚収システムは、母船１０に搭載されている。母船１０は水中航走体３０の投入・揚収作業用の専用設備が設けられた専用船ではなく、一般船である。
図３に示すように、投入・揚収システムは、水上管制手段２０を載置する水上管制手段用載置台５０と、水中航走３０を載置する水中航走体用載置台６０を備える。水上管制手段用載置台５０の下部には入替手段５１が設けられ、水中航走体用載置台６０の下部には入替手段６１が設けられている。
また、図４に示すように、投入・揚収システムは、投入・揚収設備７０を備える。投入・揚収設備７０は一般船に装備又は搭載可能なクレーンを含む設備であり、水上管制手段２０を進水及び揚収する機能と、水中航走体３０を投入及び揚収する機能を有している。これにより、水上管制手段２０と水中航走体３０を同じ設備を用いて進水、投入及び揚収することができる。また、母船１０に一般船を用いることができるため、専用船のスケジュールに左右されることなく水底探査を行うことができる。
本実施形態では、入替手段５１、６１をキャスターとしている。水上管制手段２０及び水中航走体３０の投入・揚収順序に従って、入替手段５１、６１により、水上管制手段用載置台５０と水中航走体用載置台６０の投入・揚収設備７０との位置関係を入れ替えることができる。これにより、水上管制手段２０及び複数の水中航走体３０を安定して載置、入れ替え、投入及び揚収作業をスムーズに行うことができる。図４では、第２水中航走体３０Ｂの揚収作業を行うにあたり、母船１０上の所定位置に水中航走体用載置台６０が配置された状態を示している。
なお、入替手段５１、６１は、水上管制手段用載置台５０と水中航走体用載置台６０を移動させて投入・揚収設備７０との位置関係を入れ替えるロボットアームやコンベヤー等であってもよい。

図５は投入・揚収システムの概略構成図である。
投入・揚収システムは、表示手段８０を備える。表示手段８０は、水中航走体３０の投入順序又は揚収順序を表示するものであり、例えば電光掲示板、パソコンの画面、水中航走体３０に付された番号などである。本実施形態では、表示手段８０を、投入・揚収作業を行う作業指揮者から視認可能な位置に設けられた電光掲示板８１と、各水中航走体３０に付した識別番号８２としている。表示手段８０を備えることにより、複数の水中航走体３０の投入順序又は揚収順序の間違いを防止して、作業の効率及び安全性を向上させることができる。

母船１０から複数の水中航走体３０を投入するに当たっては、母船１０から複数の水中航走体３０を投入する前に、水上管制手段２０を進水させる。水上管制手段２０を進水させた後に水中航走体３０を投入することで、水上管制手段２０による水中航走体３０の管制を、水中航走体３０の投入後速やかに開始することができる。また、寸法的に水中航走体３０よりも大きい水上管制手段２０を先に進水させることにより、複数の水中航走体３０の母船１０上における作業スペースも広く確保できる。これにより、投入作業の効率及び安全性が向上する。
先に進水した水中航走体３０よりも寸法的にも大きい水上管制手段２０は、進水後、母船１０から所定距離Ｈ離れるように移動する。所定距離Ｈは、後から投入される水中航走体３０が衝突したり、投入作業の邪魔となることがなく、かつ、後から投入される複数の水中航走体３０の管制を行うことができる範囲内とする。これにより、投入作業の効率及び安全性がさらに向上する。なお、所定距離Ｈは、水中航走体３０の投入位置からの所定距離Ｈ１として設定してもよいし、船舶の側面からの所定距離Ｈ２として設定してもよい。

複数の水中航走体３０の投入順序は、水中航走体３０の沈降速度又は潜航速度の少なくとも一方を考慮して定めることが好ましい。
例えば沈降速度や潜航速度が第２水中航走体３０Ｂよりも遅く、探査深度も大きい第１水中航走体３０Ａを先に投入することなどにより、探査開始までの時間を短縮でき、探査作業全体の効率を向上させることができる。また、各水中航走体３０間の沈降速度や潜航速度の差を考慮した投入順序とすることで、投入した水中航走体３０同士の衝突を防止することができ、安全性が向上する。

また、母船１０の上で複数の水中航走体３０の探査深度を水中航走体３０に設定し、かつ水上管制手段２０に水中航走体３０に設定した探査深度を入力することが好ましい。これにより、予め設定した探査深度において、複数の水中航走体３０が水上管制手段２０の管制を受けながら探査作業を行うことができる。また、作業スペースを広く取れる母船１０の上で、かつ水に触れることなく探査深度を入力できる。
なお、探査深度以外に、探査ミッション、探査領域、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として設定することも可能である。

母船１０に複数の水中航走体３０を揚収するに当たっては、複数の水中航走体３０を順次水中から揚収した後に、水上管制手段２０を揚収する。最後に水上管制手段２０を揚収することで、水中航走体３０の位置や通信状態を水上管制手段２０で把握しながら揚収することができる。これにより、揚収作業の効率及び安全性が向上する。
水上管制手段２０は、複数の水中航走体３０を揚収している間は、母船１０から所定距離Ｈ離れた位置で待機する。所定距離Ｈは、浮上してくる水中航走体３０が衝突したり、水中航走体３０の揚収作業の邪魔となることがなく、かつ、揚収されていない水中航走体３０の管制を行うことができる範囲内とする。これにより、揚収作業の効率及び安全性がさらに向上する。なお、所定距離Ｈは、水中航走体３０の揚収位置からの所定距離Ｈ１として設定してもよいし、船舶の側面からの所定距離Ｈ２として設定してもよい。

複数の水中航走体３０の揚収順序は、浮上した順であることが好ましい。浮上した順に揚収することで、先に浮上した水中航走体３０に後から浮上した水中航走体３０が衝突することを防止できる。また、浮上した水中航走体３０が水に流されて見失うことを防止できる。

また、複数の水中航走体３０の揚収が完了するまで、水上管制手段２０は、母船１０から所定距離Ｈ離れた位置で水中航走体３０の管制を行うことが好ましい。全ての水中航走体３０が揚収されるまで水上管制手段２０による水中航走体３０の管制を継続することにより、揚収作業の効率及び安全性が向上する。

次に、水中航走体３０の制御について、図６及び図７を用いて説明する。
図６は水中航走体３０の制御ブロック図、図７は水中航走体３０の制御フロー図である。
水中航走体３０は、航走手段３１、自機測位手段３２、通信手段３３、設定手段３４、深度計３５、探査ミッション遂行手段３６、伝送手段３７、記録手段３８、航走速度設定部３９、航走制御部４０、撮像手段４１、地形調査手段４２及び地層調査手段４３を備える。
探査ミッション遂行手段３６は、深度制御部３６Ａ、潜航制御部３６Ｂ、位置推定部３６Ｃ、時刻管理部３６Ｄ、ミッション制御部３６Ｅを有する。
航走制御部４０は、管制領域判断部４０Ａ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、設定手段３４を用いて、水中航走体３０に対して、水中航走体３０の探査ミッション、探査深度、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、航走速度設定部３９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、探査深度、探査領域及び航走経路は、水中航走体３０ごとに異ならせて設定する。
設定した探査深度などの探査条件及び航走速度は、後述のように水上管制手段２０に入力する。
探査領域は、設定された各々の探査深度において、複数の水中航走体３０が各々の探査領域を有するように設定することが好ましい。これにより、一層効率よく探査を行うことができる。
また、航走経路は、各々の探査領域を航走する水中航走体３０の航走軌跡が、同時刻に重ならないように、航走経路を設定することが好ましい。これにより、探査深度が近接した水中航走体３０同士の衝突を防止して安全性を高めることができる。また、水中航走体３０が上下に重ならないようにすることで、水中航走体３０が誤観測を起こしたり観測不能に陥ったりすることを低減できる。
また、水中航走体３０ごとに異ならせて設定する探査深度は、探査深度が水底に近い低高度探査深度と、探査深度が水底から遠い高高度探査深度を有することが好ましく、低高度探査深度は水底からの高度（距離）が１ｍ以上５０ｍ未満とし、高高度探査深度は水底からの高度（距離）が１０ｍ以上２００ｍ未満とすることがより好ましい。これにより、水底に近い領域と、水底から遠い領域を効率よく探査することができる。本実施形態では、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が高高度探査深度の領域の探査を担っている。第１水中航走体３０Ａの航走速度は第２水中航走体３０Ｂの航走速度よりも遅いため、水底近くでの探査をより精密なものとすることができる。

ステップ１の後、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）。
先に進水させた水上管制手段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、複数の水中航走体３０は潜航及び沈降を開始する（ステップ３）。
潜航は推進器３１Ａ及びバラスト３１Ｂを用いて行い、沈降は推進器３１を停止してバラスト３１Ｂの重さのみによって行う。
潜航及び沈降にあたって複数の水中航走体３０の各々は、深度計３５及び自機測位手段３２を用いて自機の深度及び位置を測定し、深度制御部３６Ａ、潜航制御部３６Ｂ及び位置推定部３６Ｃを有する探査ミッション遂行手段３６が、ステップ１で設定された探査深度に従って航走制御部４０を制御する。航走制御部４０は、探査ミッション遂行手段３６による制御と航走速度設定部３９で設定された航走速度に従って航走手段３１を制御する。
自機測位手段３２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、設定された探査深度に達した水中航走体３０は航走を開始する（ステップ４）。
設定された探査深度で航走を開始した各水中航走体３０は、自機測位手段３２を用いて自機の位置を測定し、探査ミッション遂行手段３６に送信する。位置推定部３６Ｃを有する探査ミッション遂行手段３６は、ステップ１で設定された探査領域を水中航走体３０が航走するように航走制御部４０を制御する。航走制御部４０は、探査ミッション遂行手段３６による制御と航走速度設定部３９で設定された航走速度に従って航走手段３１を制御する。これにより、水中航走体３０は探査領域を航走する（ステップ５）。
時刻を管理する時刻管理部３６Ｄを有する探査ミッション遂行手段３６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４０を制御する。

航走制御部４０は、探査ミッション遂行手段３６から受信した自機の推定位置、深度及び水上管制手段２０との通信状態に基づいて、水上管制手段２０の管制領域Ｘ内で航走する（ステップ６）。通信状態は、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４０は、管制領域判断部４０Ａを有し、自機の推定位置及び水上管制手段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（ステップ７）。

ステップ７において、自機が管制領域Ｘ内にいると判断した場合には、探査ミッションを遂行する（ステップ８）。
探査ミッション遂行手段３６のミッション制御部３６Ｅが、第１水中航走体３０Ａに設けられた撮像手段４１を制御することにより、水底の映像撮影を行うことができる。また、ミッション制御部３６Ｅが、第２水中航走体３０Ｂに設けられた地形調査手段４２及び地層調査手段４３を制御することにより、水底の地形及び水底下の地層の情報を得ることができる。
得られた撮影画像、水底の地形及び水底下の地層の情報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の記録手段３８に記録される。また、伝送手段３７で符号化等の処理が行われた後に通信手段３３を用いて水上管制手段２０へ送信される（ステップ９）。

ステップ９の後、探査ミッション遂行手段３６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し（ステップ１０）、自機を浮上させる（ステップ１１）。

ステップ７において、自機が管制領域Ｘ内にいないと判断した場合には、探査ミッション遂行手段は、探査続行不可能と判断し、自機を浮上させる（ステップ１１）。
なお、浮上させる前に、自機測位手段３２による測位結果等に基づいて、位置推定部３６Ｃによる自機の位置推定を行い、管制領域Ｘに戻れるか否かを判断し、戻れないと判断した場合に浮上させるようにしてもよい。

次に、水上管制手段２０の制御について、図８及び図９を用いて説明する。
図８は水上管制手段２０の制御ブロック図、図９は水上管制手段２０の制御フロー図である。
水上管制手段２０は、自己位置把握手段２１、海上通信手段２２、移動手段２３、音響測位手段２４、通信手段２５、管制設定部２６及び移動制御手段２７を備える。
移動制御手段２７は、数管理部２７Ａ、待機制御部２７Ｂ、位置推定部２７Ｃ、航走記録部２７Ｄ及び管制判断部２７Ｅを有する。

母船１０に乗船しているオペレーターは、水上管制手段２０を母船１０から調査水域に進水させる前に、管制設定部２６を用いて、水上管制手段２０に対して、水上管制手段２０の移動範囲、管制すべき水中航走体３０の数や性能、深度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１１）。
ステップ１１の後、調査水域に進水した水上管制手段２０は、後から投入された水中航走体３０に対する管制を開始する。まず、音響測位手段２４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２７に送信する（ステップ１２）。
ステップ１２の後、通信手段２５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２７に送信する（ステップ１３）。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２７は、受信したステップ１２における測位結果とステップ１３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２７Ｄに記録する（ステップ１４）。

ステップ１４の後、数管理部２７Ａは、ステップ１１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１４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１５）。
ステップ１５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２７Ｅに送信する。
この場合において、移動制御手段２７は、航走記録部２７Ｄに記録された航走経路等に基づいて複数の水中航走体３０の行動を予測し、その予測結果に基づいて水中航走体３０が管制領域Ｘから外れないように水上管制手段２０を移動するように制御してもよい。これにより、水中航走体３０が管制領域Ｘから外れることを未然に防ぐことができる。
なお、水上管制手段２０を移動するに当り、移動開始時点での管制領域Ｘの中に位置する複数の水中航走体３０の数が減じない範囲で移動することが好ましい。これにより、管制領域Ｘ内に位置する水中航走体３０の数が減少することを防止できる。

ステップ１５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２７Ｃは、航走記録部２７Ｄ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１６）。
ステップ１６の後、待機制御部２７Ｂは、ステップ１５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１７）。
ステップ１７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１５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１７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２７Ｂは、ステップ１５の判断結果を管制判断部２７Ｅに送信すると共に、水上管制手段２０の移動を開始するように指示する（ステップ１８）。これにより移動手段２３が動作して水上管制手段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、水上管制手段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５の判断を所定回数繰り返すことで、水上管制手段２０が無用に動くことを低減できる。これにより、水上管制手段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２７Ｃが、航走記録部２７Ｄ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２７がこの推定結果に基づいて移動手段２３を制御することで、水上管制手段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。

移動制御手段２７は、水上管制手段２０を移動させる場合、複数の水中航走体３０の全てを管制できる位置に水上管制手段２０が移動するように移動手段２３を制御することが好ましい。これにより、全ての水中航走体３０を水上管制手段２０の管制下におくことができるため、より安全かつ効率的に水中探査を行うことができる。
また、複数の水中航走体３０の全数を管制できない場合は、移動制御手段２７は、複数の水中航走体３０の最大数を管制できる位置に水上管制手段２０が移動するように移動手段２３を制御することが好ましい。これにより、管制領域Ｘから外れる水中航走体３０の数を最小にすることができる。この場合、最大数は、複数の水中航走体３０の数から管制領域Ｘを逸脱した水中航走体３０、故障した水中航走体３０、浮上した水中航走体３０のいずれかを含む管制不可能数を減じた数であることが好ましい。これにより、探査可能な複数の水中航走体３０を管制領域Ｘ内に位置させて水中探査を継続することができる。

管制判断部２７Ｅは、数管理部２７Ａ又は待機制御部２７Ｂ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１９）。
ステップ１９では、数管理部２７Ａ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１２となる。
また、数管理部２７Ａ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１１となり、管制設定部２６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２７Ｂ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１１となり、管制設定部２６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。

このように水上管制手段２０は、複数の水中航走体３０の数を管理する数管理部２７Ａを有することで、水上管制手段２０の移動を、水中航走体３０の数に基づいて制御することができる。
また、水上管制手段２０が複数の水中航走体３０を測位できる位置に移動するため、複数の水中航走体３０を管制領域Ｘ内に位置させて調査作業を継続することができる。
また、水上管制手段２０を複数の水中航走体３０との通信が可能な位置に移動させることで、より安全かつ効率的に調査作業を行うことができる。
これらにより、複数の水中航走体３０を見失うことなく広い水域を安全かつ効率的に調査することができる。
なお、複数の水中航走体３０の設定手段３４で設定される探査深度等の探査条件は、母船１０における探査条件設定以外にも、母船１０からの指示を水上管制手段２０を介して、又は水上管制手段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。

本発明の複数の水中航走体の投入方法、揚収方法、及び複数の水中航走体の投入・揚収システムは、複数の水中航走体を展開・運用して水底探査等の調査作業を行うにあたって、水中航走体の投入及び揚収作業を効率よく安全に行うことができる。

１０ 母船
２０ 水上管制手段
３０ 水中航走体
３４ 設定手段
５０ 水上管制手段用載置台
５１ 入替手段
６０ 水中航走体用載置台
６１ 入替手段
７０ 投入・揚収設備
８０ 表示手段
Ｈ 所定距離

Claims (8)

1. 母船から水底を探査するための複数の水中航走体を水中に投入するに当たり、複数の前記水中航走体を管制するための数管理部を有し水面の近傍を移動可能な水上管制手段を先に進水させ、その後に、複数の前記水中航走体を順次水中に投入するとともに、前記数管理部により前記水上管制手段を頂点とする略円錐状の範囲である管制領域内に位置する複数の前記水中航走体の数を管理し、前記水上管制手段の移動を前記管制領域内に位置する前記水中航走体の数に基づいて前記水中航走体の最大数を管制できるように制御することを特徴とする複数の水中航走体の投入方法。
2. 先に進水した前記水上管制手段は、進水後、前記母船から所定距離離れるように移動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投入方法。
3. 複数の前記水中航走体の投入順序は、前記水中航走体の沈降速度及び/又は潜航速度を考慮して定められ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投入方法。
4. 前記母船の上で複数の前記水中航走体の探査深度を前記水中航走体に設定し、かつ前記水上管制手段に前記探査深度を入力することを特徴とする請求項１から請求項３のうちの１項に記載の複数の水中航走体の投入方法。
5. 母船に水底を探査するための複数の水中航走体を水中から揚収するに当たり、複数の前記水中航走体を順次水中から揚収した後に、複数の前記水中航走体を管制するための数管理部を有し水面の近傍を移動可能な水上管制手段であって、前記数管理部により前記水上管制手段を頂点とする略円錐状の範囲である管制領域内に位置する複数の前記水中航走体の数を管理し、前記水上管制手段の移動を前記管制領域内に位置する前記水中航走体の数に基づいて前記水中航走体の最大数を管制できるように制御する前記水上管制手段を揚収することを特徴とする複数の水中航走体の揚収方法。
6. 後から揚収する前記水上管制手段は、複数の前記水中航走体を揚収している間は、前記母船から所定距離離れた位置で待機することを特徴とする請求項５に記載の複数の水中航走体の揚収方法。
7. 複数の前記水中航走体の揚収する順序は、浮上した順であることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の複数の水中航走体の揚収方法。
8. 複数の前記水中航走体の揚収が完了するまで、前記水上管制手段は管制を行うことを特徴とする請求項５から請求項７のうちの１項に記載の複数の水中航走体の揚収方法。

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