JP2024118519A - Expandable underwater vehicle-surface repeater connection system and method for operating the expandable underwater vehicle-surface repeater connection system - Google Patents
Expandable underwater vehicle-surface repeater connection system and method for operating the expandable underwater vehicle-surface repeater connection system Download PDFInfo
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Abstract
【課題】水中航走体と水上中継機とが情報伝送線で連結されるシステムにおいて、水中航走体を用いて点検対象物の点検を行う際に、情報伝送線が引っ掛かるトラブルを避けることのできる拡張可能な水中航走体-水上中継機連結システムを提供する。
【解決手段】第1水中航走体100と、第2水中航走体102と、水上中継機200を備え、撮像手段で撮像した画像情報を水中光通信により第2水中航走体102から第1水中航走体100へ送信し、第1水中航走体100と水上中継機200とを連結した情報伝送線24によって第1水中航走体100で受信した画像情報を水上中継機200で伝送し、第1水中航走体100によって第2水中航走体102を追尾させるとともに、水上中継機200と情報伝送線24と第1水中航走体100を介して第2水中航走体102に指示を伝える構成とする。
【選択図】図1
[Problem] In a system in which an underwater vehicle and a surface repeater are connected by an information transmission line, an expandable underwater vehicle-surface repeater connection system is provided that can avoid problems such as the information transmission line getting caught when using the underwater vehicle to inspect an object to be inspected.
[Solution] The system comprises a first underwater vehicle 100, a second underwater vehicle 102, and a surface repeater 200, and image information captured by an imaging means is transmitted from the second underwater vehicle 102 to the first underwater vehicle 100 via underwater optical communication, and image information received by the first underwater vehicle 100 is transmitted to the surface repeater 200 via an information transmission line 24 connecting the first underwater vehicle 100 and the surface repeater 200, so that the first underwater vehicle 100 tracks the second underwater vehicle 102, and instructions are transmitted to the second underwater vehicle 102 via the surface repeater 200, the information transmission line 24, and the first underwater vehicle 100.
[Selected Figure] Figure 1
Description
本発明は、拡張可能な水中航走体と水上中継機とを連結した水中航走体-水上中継機連結システム及びその運用方法に関する。 The present invention relates to an underwater vehicle-surface repeater connection system that connects an expandable underwater vehicle and a surface repeater, and a method for operating the same.
近年、自然エネルギーの供給源として、洋上風力発電等による沿岸利用が注目を集めている。それに伴って、水中の設備点検の必要性も高まりつつある。そこで、水中を航走する水中航走体および水中航走体と連結しているケーブルの位置を高い精度で制御する技術が必要とされている。 In recent years, coastal use such as offshore wind power generation has been attracting attention as a source of natural energy supply. Accordingly, the need for underwater facility inspection is also increasing. Therefore, there is a need for technology to control the position of underwater vehicles traveling underwater and the cables connected to the underwater vehicles with high precision.
水上中継機と水中航走体とをケーブルで接続し、水中航走体で得られた画像情報を含む取得情報の伝送を行う情報伝送線と、水上中継機と水中航走体に目標緯度及び目標経度を設定する位置設定手段と、を備えた水中航走体-水上中継機連結システムが開示されている。設定された目標緯度及び目標経度と中継機位置計測手段で計測された水上位置に基づいて中継機推進手段を駆動し、水上中継機の位置を制御するとともに、設定された目標緯度及び目標経度と航走体位置推定手段で推定された水中位置に基づいて水中航走体の位置を制御することで、水中航走体と水上中継機が目標緯度及び目標経度まで水面と水中における鉛直位置関係を保持しながら並走する。(特許文献1) An underwater vehicle-surface repeater connection system is disclosed, which includes an information transmission line that connects the surface repeater and the underwater vehicle with a cable and transmits acquired information, including image information obtained by the underwater vehicle, and a position setting means that sets a target latitude and target longitude for the surface repeater and the underwater vehicle. The repeater propulsion means is driven based on the set target latitude and target longitude and the surface position measured by the repeater position measurement means, and the position of the underwater vehicle is controlled based on the set target latitude and target longitude and the underwater position estimated by the vehicle position estimation means, so that the underwater vehicle and the surface repeater run side by side while maintaining their vertical positional relationship on the water surface and underwater up to the target latitude and target longitude. (Patent Document 1)
一方、可視光を用いて、水中移動体と海底等に設置された観測装置との間で可視光を授受することによって情報のやりとりを行う光通信システムが開示されている。(特許文献2) On the other hand, an optical communication system has been disclosed that uses visible light to exchange information between an underwater vehicle and an observation device installed on the seabed, etc. (Patent Document 2)
また、複数種の波長の可視光を用いることによって、水質の状況に応じて可視光の波長を変えることで通信を確実にすると共に、バッテリによる駆動時間を延ばすことができる水中可視光通信システムが開示されている。(特許文献3) An underwater visible light communication system has also been disclosed that uses multiple wavelengths of visible light, changes the wavelength of the visible light depending on the water quality conditions, and ensures communication while also extending the battery operating time. (Patent Document 3)
ところで、従来の水中航走体-水上中継機連結システムでは、浮体式洋上風力発電設備等、係留索や複雑な構造を有する海中構造物を点検する際に、水上中継機と水中航走体とを繋ぐケーブルが係留索や構造物に引っ掛かる等のトラブルが生ずるおそれがあった。そこで、このようなトラブルを避けることができる水中航走体-水上中継機連結システム及びその運用方法が必要とされている。 However, with conventional underwater vehicle-surface repeater connection systems, when inspecting underwater structures with mooring lines or complex structures, such as floating offshore wind power generation facilities, there is a risk of problems occurring, such as the cable connecting the surface repeater and the underwater vehicle getting caught on the mooring line or structure. Therefore, there is a need for an underwater vehicle-surface repeater connection system and its operating method that can avoid such problems.
本願発明は、水中航走体と水上中継機とが情報伝送線で連結されるシステムにおいて、水中航走体を用いて点検対象物の点検を行う際に、情報伝送線が引っ掛かるトラブルを避けることのできる拡張可能な水中航走体-水上中継機連結システム及びその運用方法を提供することを目的とする。 The present invention aims to provide an expandable underwater vehicle-surface repeater connection system and its operating method that can avoid problems with the information transmission line getting caught when inspecting an object using the underwater vehicle in a system in which the underwater vehicle and the surface repeater are connected by an information transmission line.
請求項1に対応した拡張可能な水上中継機と水中航走体との連結システムは、水中の点検対象物を点検するための拡張可能な水中航走体を有する水中航走体-水上中継機連結システムであって、航走体位置推定手段を有した第1水中航走体と、前記点検対象物を撮像するための撮像手段を有した第2水中航走体と、前記撮像手段で撮像した画像情報を水中光通信により前記第1水中航走体に送信する前記第2水中航走体に設けた光送信手段と、前記第1水中航走体に設けた前記画像情報を受信する光受信手段と、中継機推進手段と中継機位置計測手段を有し水面近傍を移動可能な水上中継機と、前記第1水中航走体と前記水上中継機とを連結し前記第1水中航走体で受信した前記画像情報の伝送を行う情報伝送線と、前記第2水中航走体と前記第1水中航走体と前記水上中継機とを制御する制御手段とを備え、前記制御手段が、前記第1水中航走体を前記第2水中航走体と所定の距離範囲内及び所定の相対方位範囲内を保ちながら追尾させるとともに、前記水上中継機と前記情報伝送線と前記第1水中航走体を介して前記第2水中航走体に指示を伝えることで前記点検対象物を撮像する制御を行うことを特徴とする。 The expandable underwater vehicle-surface repeater connection system corresponding to claim 1 is an underwater vehicle-surface repeater connection system having an expandable underwater vehicle for inspecting an underwater inspection object, comprising a first underwater vehicle having a vehicle position estimation means, a second underwater vehicle having an imaging means for imaging the inspection object, an optical transmission means provided on the second underwater vehicle for transmitting image information captured by the imaging means to the first underwater vehicle by underwater optical communication, an optical receiving means provided on the first underwater vehicle for receiving the image information, and an underwater repeater having a repeater propulsion means and a repeater position measurement means. The system is characterized in that it is equipped with a surface repeater capable of moving near a surface, an information transmission line connecting the first underwater vehicle and the surface repeater and transmitting the image information received by the first underwater vehicle, and a control means for controlling the second underwater vehicle, the first underwater vehicle, and the surface repeater, and the control means causes the first underwater vehicle to track the second underwater vehicle while maintaining it within a predetermined distance range and a predetermined relative orientation range from the second underwater vehicle, and controls the second underwater vehicle to capture images of the inspection object by transmitting instructions to the surface repeater, the information transmission line, and the first underwater vehicle.
ここで、前記点検対象物は、周囲に線状構造部を有した洋上風力発電設備を含む海洋構造物であり、前記情報伝送線が前記線状構造部と交差しないように、前記所定の距離範囲内及び前記所定の相対方位範囲内を保って前記第1水中航走体の追尾する位置を制御することが好適である。 Here, the object to be inspected is a marine structure including an offshore wind power generation facility having a linear structure around it, and it is preferable to control the tracking position of the first underwater vehicle to be kept within the specified distance range and the specified relative orientation range so that the information transmission line does not intersect with the linear structure.
また、前記水上中継機と前記第1水中航走体に目標緯度及び目標経度を設定する位置設定手段を有した母船を備え、前記母船と前記水上中継機とが無線通信を利用して前記目標緯度及び前記目標経度及び前記画像情報を含む情報の伝送を行うことが好適である。 It is also preferable to provide a mother ship having a position setting means for setting a target latitude and a target longitude for the surface repeater and the first underwater vehicle, and for the mother ship and the surface repeater to transmit information including the target latitude, the target longitude, and the image information using wireless communication.
また、前記第1水中航走体は、前記第2水中航走体を握持する握持手段を有し、前記制御手段は、前記位置設定手段で設定された前記目標緯度及び前記目標経度と前記中継機位置計測手段で計測された水上位置とに基づいて前記水上中継機の位置を制御するとともに、前記第1水中航走体の位置を前記航走体位置推定手段で推定された水中位置に基づいて制御し、前記第1水中航走体と前記水上中継機とを前記目標緯度及び前記目標経度まで鉛直位置関係を保持しながら並走させる制御を行うことが好適である。 It is also preferable that the first underwater vehicle has a gripping means for gripping the second underwater vehicle, and the control means controls the position of the surface repeater based on the target latitude and the target longitude set by the position setting means and the surface position measured by the repeater position measuring means, and controls the position of the first underwater vehicle based on the underwater position estimated by the vehicle position estimating means, so as to control the first underwater vehicle and the surface repeater to run side by side while maintaining their vertical positional relationship up to the target latitude and the target longitude.
また、前記制御手段は、前記握持手段によって前記第1水中航走体が前記第2水中航走体を握持する際、前記第1水中航走体に設けられた撮像手段によって前記第2水中航走体を撮像する制御を行うことが好適である。 It is also preferable that the control means controls the imaging means provided on the first underwater vehicle to capture an image of the second underwater vehicle when the first underwater vehicle is gripped by the gripping means.
また、前記第1水中航走体が、前記第2水中航走体を握持する際、前記制御手段が、前記第2水中航走体に設けた前記光送信手段と、前記第1水中航走体に設けた前記光受信手段とにより、前記撮像手段による前記第2水中航走体の撮影映像を水中光通信する制御を行うことが好適である。 It is also preferable that, when the first underwater vehicle grasps the second underwater vehicle, the control means controls underwater optical communication of the image captured by the imaging means of the second underwater vehicle using the optical transmitting means provided on the second underwater vehicle and the optical receiving means provided on the first underwater vehicle.
また、前記第1水中航走体と前記水上中継機が、設定された前記目標緯度及び前記目標経度に存在する前記点検対象物の近傍に到達したときに、前記制御手段が、前記第1水中航走体の前記握持手段を解除して前記第2水中航走体を開放し、前記第2水中航走体を前記点検対象物に接近させて点検する制御を行うことが好適である。 In addition, when the first underwater vehicle and the surface relay aircraft reach the vicinity of the inspection object located at the set target latitude and target longitude, it is preferable that the control means releases the gripping means of the first underwater vehicle to release the second underwater vehicle, and controls the second underwater vehicle to approach the inspection object for inspection.
また、前記第1水中航走体が、前記第2水中航走体の位置を検出するための撮像手段を含む位置検出手段を有し、前記制御手段が、検出された前記第2水中航走体の前記位置を追尾するように前記第1水中航走体及び前記水上中継機の位置を修正する制御を行うことが好適である。 It is also preferable that the first underwater vehicle has a position detection means including an imaging means for detecting the position of the second underwater vehicle, and the control means controls to correct the positions of the first underwater vehicle and the water relay so as to track the detected position of the second underwater vehicle.
また、前記第1水中航走体が、前記第2水中航走体を照射する第1の照明手段を前記光受信手段と同じ側に有したことが好適である。 It is also preferable that the first underwater vehicle has a first illumination means for illuminating the second underwater vehicle on the same side as the light receiving means.
また、前記水中光通信の波長と、前記第1水中航走体の前記第1の照明手段の波長とを異ならせたことが好適である。 It is also preferable that the wavelength of the underwater optical communication is different from the wavelength of the first lighting means of the first underwater vehicle.
また、前記第1水中航走体の前記撮像手段に短波長カットフィルタを含む光学フィルタを設け、前記光学フィルタによって前記水中光通信の波長の光を減衰させて、前記第1水中航走体の前記撮像手段による撮影への前記水中光通信の光の影響を低減させることが好適である。 It is also preferable to provide an optical filter including a short wavelength cut filter in the imaging means of the first underwater vehicle, and to attenuate the light of the wavelength of the underwater optical communication by the optical filter, thereby reducing the effect of the light of the underwater optical communication on the imaging by the imaging means of the first underwater vehicle.
また、前記第2水中航走体が、前記点検対象物を照射する第2の照明手段を前記光送信手段と反対側に有したことが好適である。 It is also preferable that the second underwater vehicle has a second illumination means for illuminating the inspection object on the opposite side to the optical transmission means.
また、前記制御手段が、WP(Way Point)航行モード、SLAM(Simultaneous Localization and Mapping)航行モード、遠隔操作航行モードのいずれかにより、前記第2水中航走体、前記第1水中航走体、及び前記水上中継機の航行を制御可能であることが好適である。 It is also preferable that the control means is capable of controlling the navigation of the second underwater vehicle, the first underwater vehicle, and the water relay vehicle in any one of a WP (Way Point) navigation mode, a SLAM (Simultaneous Localization and Mapping) navigation mode, and a remotely operated navigation mode.
また、前記遠隔操作航行モードにおいて、オペレータによって少なくとも前記第2水中航走体の遠隔操作が可能であることが好適である。 It is also preferable that in the remote control navigation mode, at least the second underwater vehicle can be remotely controlled by an operator.
また、前記中継機位置計測手段は、衛星測位システム(GNSS)受信機と姿勢方位基準装置(AHRS)を有したことが好適である。 It is also preferable that the repeater position measurement means has a Global Navigation Satellite System (GNSS) receiver and an Attitude Heading Reference System (AHRS).
また、前記航走体位置推定手段は、慣性航法装置(INS)とドップラー対地速度計(DVL)、又は姿勢方位基準装置(AHRS)とドップラー対地速度計(DVL)を有したことが好適である。 It is also preferable that the vessel position estimation means has an inertial navigation system (INS) and a Doppler ground speed indicator (DVL), or an attitude heading reference system (AHRS) and a Doppler ground speed indicator (DVL).
また、前記水上中継機が水上カメラと水中カメラを有し、前記水上カメラで水上の周辺の水域を撮像するとともに、前記水中カメラで前記情報伝送線を撮像し、前記制御手段が、前記周辺の水域の水域撮像情報との伝送線撮像情報を伝送する制御を行うことが好適である。 It is also preferable that the water repeater has a surface camera and an underwater camera, the surface camera captures the surrounding water area on the water, and the underwater camera captures the information transmission line, and the control means controls the transmission of water area capture information of the surrounding water area and the transmission line capture information.
また、上記水中航走体-水上中継機連結システムの運用方法であって、前記第2水中航走体を保有した前記第1水中航走体を水中に投入する航走体投入ステップと、前記水上中継機を水面に投入する中継機投入ステップと、前記水上中継機と前記第1水中航走体とを鉛直位置関係に臨ませる鉛直位置確保ステップと、前記水上中継機の水上位置を情報伝送線を介して前記第1水中航走体に伝送し、前記第1水中航走体の水中位置の初期位置として入力する初期位置入力ステップと、前記水上中継機に前記点検対象物の目標緯度及び目標経度を設定する目標位置設定ステップと、設定された前記目標緯度及び前記目標経度を前記情報伝送線を介して前記第1水中航走体に伝送し入力する目標位置入力ステップと、前記目標緯度及び前記目標経度に前記水上中継機と前記第1水中航走体が前記鉛直位置関係を保持しながら並走して向かうように制御する航走制御ステップと、前記目標緯度及び前記目標経度の周辺に到達後に前記第1水中航走体が保有した前記第2水中航走体を開放する航走体開放ステップとを有することを特徴とする。 In addition, the method of operating the underwater vehicle-surface repeater connection system includes a vehicle introduction step of introducing the first underwater vehicle carrying the second underwater vehicle into water, a repeater introduction step of introducing the surface repeater to the water surface, a vertical position securing step of bringing the surface repeater and the first underwater vehicle into a vertical positional relationship, an initial position input step of transmitting the surface position of the surface repeater to the first underwater vehicle via an information transmission line and inputting it as the initial underwater position of the first underwater vehicle, and a step of inputting the surface position of the object to be inspected to the surface repeater. The method includes a target position setting step for setting a target latitude and a target longitude, a target position input step for transmitting and inputting the set target latitude and the target longitude to the first underwater vehicle via the information transmission line, a navigation control step for controlling the surface relay aircraft and the first underwater vehicle to travel in parallel toward the target latitude and the target longitude while maintaining the vertical positional relationship, and a vehicle release step for releasing the second underwater vehicle held by the first underwater vehicle after the first underwater vehicle has reached the vicinity of the target latitude and the target longitude.
ここで、前記航走体開放ステップの後、オペレータが前記第2水中航走体が撮像した画像情報を見ながら前記第2水中航走体の位置を操作し、前記点検対象物を点検する点検ステップを有することが好適である。 Here, it is preferable to have an inspection step in which, after the vehicle opening step, an operator operates the position of the second underwater vehicle while viewing image information captured by the second underwater vehicle, and inspects the inspection object.
また、前記点検ステップにおける前記オペレータの前記操作に従った前記第2水中航走体の移動に伴い、前記第1水中航走体が前記第2水中航走体を追尾しながら、前記情報伝送線を介して前記第2水中航走体から水中光通信で送信されてくる前記画像情報を送信する追尾ステップを有することが好適である。 It is also preferable to have a tracking step in which the first underwater vehicle tracks the second underwater vehicle as the second underwater vehicle moves in accordance with the operation of the operator in the inspection step, while transmitting the image information transmitted from the second underwater vehicle by underwater optical communication via the information transmission line.
また、前記第1水中航走体の移動に伴い前記情報伝送線の余裕がなくなった場合に、前記第1水中航走体に追従して前記水上中継機を移動する中継機追従ステップを有することが好適である。 It is also preferable to have a repeater tracking step of moving the surface repeater to follow the first underwater vehicle when there is no room for the information transmission line due to the movement of the first underwater vehicle.
また、母船と前記水上中継機との距離が遠く、無線通信が通らない場合、前記水上中継機を前記母船との通信が可能な位置に移動する中継機移動ステップを有することが好適である。 In addition, if the distance between the mother ship and the surface repeater is long and wireless communication is not possible, it is preferable to have a repeater movement step for moving the surface repeater to a position where communication with the mother ship is possible.
また、揚収時にオペレータの操作により、前記第2水中航走体を前記第1水中航走体の近傍まで移動させ、前記第1水中航走体に前記第2水中航走体を保有させる航走体保有ステップと、前記水上中継機と前記第1水中航走体を前記母船の近傍まで移動させ、前記水上中継機を前記母船に揚収し、前記情報伝送線を手繰って前記第1水中航走体及び保有した前記第2水中航走体を前記母船に収容する揚収ステップを有することが好適である。 It is also preferable to have a vehicle holding step in which, during retrieval, the second underwater vehicle is moved to the vicinity of the first underwater vehicle by an operator and the first underwater vehicle is made to hold the second underwater vehicle, and a retrieval step in which the surface repeater and the first underwater vehicle are moved to the vicinity of the mother ship, the surface repeater is retrieved to the mother ship, and the first underwater vehicle and the held second underwater vehicle are housed in the mother ship by handling the information transmission line.
請求項1に対応した拡張可能な水上中継機と水中航走体との連結システムによれば、水中の点検対象物を点検するための拡張可能な水中航走体を有する水中航走体-水上中継機連結システムであって、航走体位置推定手段を有した第1水中航走体と、前記点検対象物を撮像するための撮像手段を有した第2水中航走体と、前記撮像手段で撮像した画像情報を水中光通信により前記第1水中航走体に送信する前記第2水中航走体に設けた光送信手段と、前記第1水中航走体に設けた前記画像情報を受信する光受信手段と、中継機推進手段と中継機位置計測手段を有し水面近傍を移動可能な水上中継機と、前記第1水中航走体と前記水上中継機とを連結し前記第1水中航走体で受信した前記画像情報の伝送を行う情報伝送線と、前記第2水中航走体と前記第1水中航走体と前記水上中継機とを制御する制御手段とを備え、前記制御手段が、前記第1水中航走体を前記第2水中航走体と所定の距離範囲内及び所定の相対方位範囲内を保ちながら追尾させるとともに、前記水上中継機と前記情報伝送線と前記第1水中航走体を介して前記第2水中航走体に指示を伝えることで前記点検対象物を撮像する制御を行うことによって、前記第2水中航走体が情報伝送線を有していないため前記点検対象物に引っ掛かる等の障害を発生させることなく、前記点検対象物に対して点検や作業をすることができる。また、前記水上中継機を介して前記第2水中航走体で取得された撮像画像等の大容量の画像情報を母船等に高速かつ安定に伝送することができる。 According to the expandable surface repeater and underwater vehicle connection system corresponding to claim 1, there is provided an underwater vehicle-surface repeater connection system having an expandable underwater vehicle for inspecting an underwater inspection object, comprising a first underwater vehicle having a vehicle position estimation means, a second underwater vehicle having an imaging means for imaging the inspection object, an optical transmitting means provided on the second underwater vehicle for transmitting image information captured by the imaging means to the first underwater vehicle by underwater optical communication, an optical receiving means provided on the first underwater vehicle for receiving the image information, a surface repeater having a repeater propulsion means and a repeater position measurement means and capable of moving near the water surface, and a system for connecting the first underwater vehicle and the surface repeater. The system includes an information transmission line that transmits the image information received by the first underwater vehicle, and a control means that controls the second underwater vehicle, the first underwater vehicle, and the surface repeater, and the control means causes the first underwater vehicle to track the second underwater vehicle while maintaining the first underwater vehicle within a predetermined distance range and a predetermined relative direction range, and controls the second underwater vehicle to capture an image of the inspection object by transmitting instructions to the second underwater vehicle via the surface repeater, the information transmission line, and the first underwater vehicle. This allows the second underwater vehicle to inspect or work on the inspection object without causing any trouble such as getting caught on the inspection object because the second underwater vehicle does not have an information transmission line. In addition, large amounts of image information such as captured images acquired by the second underwater vehicle can be transmitted to a mother ship or the like at high speed and stably via the surface repeater.
ここで、前記点検対象物は、周囲に線状構造部を有した洋上風力発電設備を含む海洋構造物であり、前記情報伝送線が前記線状構造部と交差しないように、前記所定の距離範囲内及び前記所定の相対方位範囲内を保って前記第1水中航走体の追尾する位置を制御することによって、前記第2水中航走体が前記線状構造部に引っ掛かることなく、さらに前記第1水中航走体と前記水上中継機とを繋ぐ前記情報伝送線が前記線状構造部に引っ掛かることなく、前記点検対象物に対する点検や作業を行うことができる。 The object to be inspected is a marine structure including an offshore wind power generation facility having a linear structure around it, and by controlling the tracking position of the first underwater vehicle while keeping it within the specified distance range and the specified relative orientation range so that the information transmission line does not cross the linear structure, inspection and work on the object to be inspected can be performed without the second underwater vehicle getting caught on the linear structure, and further without the information transmission line connecting the first underwater vehicle and the surface repeater getting caught on the linear structure.
また、前記水上中継機と前記第1水中航走体に目標緯度及び目標経度を設定する位置設定手段を有した母船を備え、前記母船と前記水上中継機とが無線通信を利用して前記目標緯度及び前記目標経度及び前記画像情報を含む情報の伝送を行うことによって、前記母船からの指示に従って、前記水上中継機と前記第1水中航走体を適切な相対的な位置関係に維持しつつ、前記水上中継機と前記第1水中航走体を目標となる場所へ適切に移動させることができる。 In addition, a mother ship having a position setting means for setting a target latitude and a target longitude for the surface repeater and the first underwater vehicle is provided, and the mother ship and the surface repeater transmit information including the target latitude, the target longitude and the image information using wireless communication, so that the surface repeater and the first underwater vehicle can be appropriately moved to a target location while maintaining an appropriate relative positional relationship between them according to instructions from the mother ship.
また、前記第1水中航走体は、前記第2水中航走体を握持する握持手段を有し、前記制御手段は、前記位置設定手段で設定された前記目標緯度及び前記目標経度と前記中継機位置計測手段で計測された水上位置とに基づいて前記水上中継機の位置を制御するとともに、前記第1水中航走体の位置を前記航走体位置推定手段で推定された水中位置に基づいて制御し、前記第1水中航走体と前記水上中継機とを前記目標緯度及び前記目標経度まで鉛直位置関係を保持しながら並走させる制御を行うことによって、目標とする前記点検対象物の位置の周辺まで前記第2水中航走体を確実に運搬することができる。 The first underwater vehicle has a gripping means for gripping the second underwater vehicle, and the control means controls the position of the surface repeater based on the target latitude and longitude set by the position setting means and the surface position measured by the repeater position measuring means, and controls the position of the first underwater vehicle based on the underwater position estimated by the vehicle position estimating means, and controls the first underwater vehicle and the surface repeater to run side by side while maintaining a vertical positional relationship up to the target latitude and target longitude, thereby reliably transporting the second underwater vehicle to the vicinity of the location of the target inspection object.
また、前記制御手段は、前記握持手段によって前記第1水中航走体が前記第2水中航走体を握持する際、前記第1水中航走体に設けられた撮像手段によって前記第2水中航走体を撮像する制御を行うことによって、前記第1水中航走体によって撮像された映像に基づいて前記第1水中航走体の前記握持手段によって前記第2水中航走体を確実に握持することができる。 In addition, when the first underwater vehicle grasps the second underwater vehicle with the gripping means, the control means controls the imaging means provided on the first underwater vehicle to capture an image of the second underwater vehicle, thereby enabling the second underwater vehicle to be reliably grasped by the gripping means of the first underwater vehicle based on the image captured by the first underwater vehicle.
また、前記第1水中航走体が、前記第2水中航走体を握持する際、前記制御手段が、前記第2水中航走体に設けた前記光送信手段と、前記第1水中航走体に設けた前記光受信手段とにより、前記撮像手段による前記第2水中航走体の撮影映像を水中光通信する制御を行うことによって、前記第1水中航走体と前記第2航走体との間で水中光通信を行って互いの状況を確認しつつ、前記第1水中航走体の前記握持手段によって前記第2水中航走体を確実に握持することができる。 In addition, when the first underwater vehicle grasps the second underwater vehicle, the control means controls the optical transmitting means provided on the second underwater vehicle and the optical receiving means provided on the first underwater vehicle to transmit underwater optical communication of the image of the second underwater vehicle captured by the imaging means, thereby enabling the first underwater vehicle and the second underwater vehicle to communicate underwater optically to confirm each other's status, while the second underwater vehicle can be securely grasped by the grasping means of the first underwater vehicle.
また、前記第1水中航走体と前記水上中継機が、設定された前記目標緯度及び前記目標経度に存在する前記点検対象物の近傍に到達したときに、前記制御手段が、前記第1水中航走体の前記握持手段を解除して前記第2水中航走体を開放し、前記第2水中航走体を前記点検対象物に接近させて点検する制御を行うことによって、前記点検対象物の近傍までは前記第1水中航走体によって前記第2水中航走体を確実に運び、その後、前記第2水中航走体を開放することで前記点検対象物に引っ掛かることなく前記点検対象物に対する点検や作業を行うことができる。 In addition, when the first underwater vehicle and the surface relay aircraft reach the vicinity of the inspection object located at the set target latitude and target longitude, the control means releases the gripping means of the first underwater vehicle, releases the second underwater vehicle, and controls the second underwater vehicle to approach the inspection object for inspection, thereby enabling the first underwater vehicle to reliably transport the second underwater vehicle to the vicinity of the inspection object, and then releasing the second underwater vehicle allows inspection and work to be performed on the inspection object without getting caught on it.
また、前記第1水中航走体が、前記第2水中航走体の位置を検出するための撮像手段を含む位置検出手段を有し、前記制御手段が、検出された前記第2水中航走体の前記位置を追尾するように前記第1水中航走体及び前記水上中継機の位置を修正する制御を行うことによって、前記点検対象物に対する点検や作業を行う際に前記情報伝送線に過大な張力をかけることなく、前記第1水中航走体及び前記水上中継機によって前記第2水中航走体を確実に追尾させることができる。 In addition, the first underwater vehicle has a position detection means including an imaging means for detecting the position of the second underwater vehicle, and the control means controls to correct the positions of the first underwater vehicle and the surface repeater so as to track the detected position of the second underwater vehicle, thereby enabling the first underwater vehicle and the surface repeater to reliably track the second underwater vehicle without applying excessive tension to the information transmission line when inspecting or working on the inspection target.
また、前記第1水中航走体が、前記第2水中航走体を照射する第1の照明手段を前記光受信手段と同じ側に有したことによって、前記第1の照明手段によって前記第2水中航走体を照らしながら撮像しつつ、前記光受信手段によって前記第2水中航走体からの光通信信号を確実に受信することができる。 In addition, since the first underwater vehicle has a first illumination means for illuminating the second underwater vehicle on the same side as the optical receiving means, the first illumination means can be used to illuminate the second underwater vehicle while imaging it, and the optical receiving means can reliably receive optical communication signals from the second underwater vehicle.
また、前記水中光通信の波長と、前記第1水中航走体の前記第1の照明手段の波長とを異ならせたことによって、前記第1の照明手段による照明の光の影響を抑制して、前記第1水中航走体と前記第2水中航走体との間の水中光通信をよく確実に確立することができる。 In addition, by making the wavelength of the underwater optical communication different from the wavelength of the first lighting means of the first underwater vehicle, the influence of the light from the first lighting means can be suppressed, and underwater optical communication between the first underwater vehicle and the second underwater vehicle can be reliably established.
また、前記第1水中航走体の前記撮像手段に短波長カットフィルタを含む光学フィルタを設け、前記光学フィルタによって前記水中光通信の波長の光を減衰させて、前記第1水中航走体の前記撮像手段による撮影への前記水中光通信の光の影響を低減させることによって、前記撮像手段によって画像をより鮮明に撮像することができる。 In addition, an optical filter including a short wavelength cut filter is provided in the imaging means of the first underwater vehicle, and the optical filter attenuates the light of the wavelength of the underwater optical communication, thereby reducing the effect of the light of the underwater optical communication on the imaging by the imaging means of the first underwater vehicle, thereby enabling the imaging means to capture images more clearly.
また、前記第2水中航走体が、前記点検対象物を照射する第2の照明手段を前記光送信手段と反対側に有したことによって、前記第2の照明手段によって前記点検対象物を照らしながら撮像を行うと共に、前記光送信手段によって前記第1水中航走体との間の水中光通信を確実に確立することができる。 In addition, since the second underwater vehicle has a second illumination means for illuminating the inspection object on the opposite side to the optical transmission means, the inspection object can be imaged while being illuminated by the second illumination means, and underwater optical communication with the first underwater vehicle can be reliably established by the optical transmission means.
また、前記制御手段が、WP(Way Point)航行モード、SLAM(Simultaneous Localization and Mapping)航行モード、遠隔操作航行モードのいずれかにより、前記第2水中航走体、前記第1水中航走体、及び前記水上中継機の航行を制御可能であることによって、これらのいずれかのモードによって前記第2水中航走体、前記第1水中航走体、及び前記水上中継機を確実に航走制御することができる。 In addition, since the control means is capable of controlling the navigation of the second underwater vehicle, the first underwater vehicle, and the surface repeater in any one of a WP (Way Point) navigation mode, a SLAM (Simultaneous Localization and Mapping) navigation mode, and a remotely operated navigation mode, it is possible to reliably control the navigation of the second underwater vehicle, the first underwater vehicle, and the surface repeater in any one of these modes.
また、前記遠隔操作航行モードにおいて、オペレータによって少なくとも前記第2水中航走体の遠隔操作が可能であることによって、前記第2水中航走体の航行を確実に行うことができる。 In addition, in the remote control navigation mode, at least the second underwater vehicle can be remotely controlled by an operator, thereby ensuring navigation of the second underwater vehicle.
また、前記中継機位置計測手段は、衛星測位システム(GNSS)受信機と姿勢方位基準装置(AHRS)を有したによって、前記水上中継機の位置を正確に把握することができ、前記水上中継機の航行の制御をより高い精度で行うことができる。 In addition, the repeater position measurement means includes a Global Navigation Satellite System (GNSS) receiver and an Attitude Heading Reference System (AHRS), which allows the position of the water repeater to be accurately determined, and the navigation of the water repeater can be controlled with greater precision.
また、前記航走体位置推定手段は、慣性航法装置(INS)とドップラー対地速度計(DVL)、又は姿勢方位基準装置(AHRS)とドップラー対地速度計(DVL)を有したことによって、前記第1水中航走体及び前記第2水中航走体の位置を正確に把握することができ、前記第1水中航走体及び前記第2水中航走体の航行の制御をより高い精度で行うことができる。 In addition, by having an inertial navigation system (INS) and a Doppler ground speed indicator (DVL), or an attitude heading reference system (AHRS) and a Doppler ground speed indicator (DVL), the vehicle position estimation means can accurately grasp the positions of the first and second underwater vehicles, and can control the navigation of the first and second underwater vehicles with greater precision.
また、前記水上中継機が水上カメラと水中カメラを有し、前記水上カメラで水上の周辺の水域を撮像するとともに、前記水中カメラで前記情報伝送線を撮像し、前記制御手段が、前記周辺の水域の水域撮像情報との伝送線撮像情報を伝送する制御を行うことによって、前記水上中継機によって撮像された映像に基づいて前記水上中継機の航行を制御することができる。 The water repeater has a surface camera and an underwater camera, and the surface camera captures the surrounding water area on the water and the underwater camera captures the information transmission line. The control means controls the transmission of water area capture information of the surrounding water area and the transmission line capture information, thereby controlling the navigation of the water repeater based on the image captured by the water repeater.
また、上記水中航走体-水上中継機連結システムの運用方法であって、前記第2水中航走体を保有した前記第1水中航走体を水中に投入する航走体投入ステップと、前記水上中継機を水面に投入する中継機投入ステップと、前記水上中継機と前記第1水中航走体とを鉛直位置関係に臨ませる鉛直位置確保ステップと、前記水上中継機の水上位置を情報伝送線を介して前記第1水中航走体に伝送し、前記第1水中航走体の水中位置の初期位置として入力する初期位置入力ステップと、前記水上中継機に前記点検対象物の目標緯度及び目標経度を設定する目標位置設定ステップと、設定された前記目標緯度及び前記目標経度を前記情報伝送線を介して前記第1水中航走体に伝送し入力する目標位置入力ステップと、前記目標緯度及び前記目標経度に前記水上中継機と前記第1水中航走体が前記鉛直位置関係を保持しながら並走して向かうように制御する航走制御ステップと、前記目標緯度及び前記目標経度の周辺に到達後に前記第1水中航走体が保有した前記第2水中航走体を開放する航走体開放ステップとを有することによって、前記第2水中航走体が情報伝送線を有していないため前記点検対象物に引っ掛かる等の障害を発生させることなく、前記点検対象物に対して点検や作業をすることができる。また、前記水上中継機を介して前記第2水中航走体で取得された撮像画像等の大容量の画像情報を母船等に高速かつ安定に伝送することができる。 In addition, the method of operating the underwater vehicle-surface repeater connection system includes a vehicle introduction step of introducing the first underwater vehicle carrying the second underwater vehicle into water, a repeater introduction step of introducing the surface repeater to the water surface, a vertical position securing step of bringing the surface repeater and the first underwater vehicle into a vertical positional relationship, an initial position input step of transmitting the surface position of the surface repeater to the first underwater vehicle via an information transmission line and inputting it as the initial underwater position of the first underwater vehicle, a target position setting step of setting the target latitude and target longitude of the inspection object in the surface repeater, and The target position input step transmits and inputs the target latitude and the target longitude to the first underwater vehicle via the information transmission line, the navigation control step controls the surface repeater and the first underwater vehicle to travel in parallel toward the target latitude and the target longitude while maintaining the vertical positional relationship, and the vehicle release step releases the second underwater vehicle held by the first underwater vehicle after reaching the vicinity of the target latitude and the target longitude. This allows the second underwater vehicle to inspect and work on the inspection object without causing any trouble such as getting caught on the inspection object because the second underwater vehicle does not have an information transmission line. In addition, large amounts of image information such as captured images acquired by the second underwater vehicle can be transmitted to a mother ship or the like at high speed and stably via the surface repeater.
ここで、前記航走体開放ステップの後、オペレータが前記第2水中航走体が撮像した画像情報を見ながら前記第2水中航走体の位置を操作し、前記点検対象物を点検する点検ステップを有することによって、前記点検対象物の状態を確認しつつ前記第2水中航走体を移動制御して前記点検対象物を点検することができる。 Here, after the vehicle opening step, there is an inspection step in which an operator operates the position of the second underwater vehicle while viewing image information captured by the second underwater vehicle, and inspects the object to be inspected. This allows the operator to control the movement of the second underwater vehicle and inspect the object to be inspected while checking the condition of the object to be inspected.
また、前記点検ステップにおける前記オペレータの前記操作に従った前記第2水中航走体の移動に伴い、前記第1水中航走体が前記第2水中航走体を追尾しながら、前記情報伝送線を介して前記第2水中航走体から水中光通信で送信されてくる前記画像情報を送信する追尾ステップを有することによって、前記第1水中航走体と前記第2水中航走体における前記画像情報の送受信をより確実に行うことができる。 In addition, by having a tracking step in which the first underwater vehicle tracks the second underwater vehicle as the second underwater vehicle moves in accordance with the operation of the operator in the inspection step and transmits the image information transmitted from the second underwater vehicle by underwater optical communication via the information transmission line, the transmission and reception of the image information between the first underwater vehicle and the second underwater vehicle can be more reliably performed.
また、前記第1水中航走体の移動に伴い前記情報伝送線の余裕がなくなった場合に、前記第1水中航走体に追従して前記水上中継機を移動する中継機追従ステップを有することによって、情報伝送線に過大な張力をかけることなく前記第1水中航走体と前記水上中継機との相対的な位置を維持しつつ、前記第2水中航走体による前記点検対象物に対する点検や作業を実行することができる。 In addition, by having a repeater tracking step of moving the surface repeater to follow the first underwater vehicle when there is no room in the information transmission line due to the movement of the first underwater vehicle, the relative positions of the first underwater vehicle and the surface repeater can be maintained without applying excessive tension to the information transmission line, and inspection or work on the inspection object can be performed by the second underwater vehicle.
また、母船と前記水上中継機との距離が遠く、無線通信が通らない場合、前記水上中継機を前記母船との通信が可能な位置に移動する中継機移動ステップを有することによって、前記母船と前記水上中継機との無線通信をより確実に確立することができる。 In addition, when the distance between the mother ship and the surface repeater is long and wireless communication is not possible, the method includes a repeater movement step for moving the surface repeater to a position where communication with the mother ship is possible, thereby making it possible to more reliably establish wireless communication between the mother ship and the surface repeater.
また、揚収時にオペレータの操作により、前記第2水中航走体を前記第1水中航走体の近傍まで移動させ、前記第1水中航走体に前記第2水中航走体を保有させる航走体保有ステップと、前記水上中継機と前記第1水中航走体を前記母船の近傍まで移動させ、前記水上中継機を前記母船に揚収し、前記情報伝送線を手繰って前記第1水中航走体及び保有した前記第2水中航走体を前記母船に収容する揚収ステップを有することによって、前記第2水中航走体を前記第1水中航走体によって保有した後、前記水上中継機、前記第1水中航走体及び前記第2水中航走体を前記母船に回収することができる。 In addition, by having a vehicle holding step in which the second underwater vehicle is moved to the vicinity of the first underwater vehicle by the operation of an operator during retrieval and the first underwater vehicle is held by the second underwater vehicle, and a retrieval step in which the surface repeater and the first underwater vehicle are moved to the vicinity of the mother ship, the surface repeater is retrieved to the mother ship, and the first underwater vehicle and the held second underwater vehicle are accommodated in the mother ship by handling the information transmission line, the second underwater vehicle can be held by the first underwater vehicle, and then the surface repeater, the first underwater vehicle, and the second underwater vehicle can be recovered to the mother ship.
<水上中継機と水中航走体との連結システム>
本発明の実施の形態における水上中継機と水中航走体との連結システムは、図1に示すように、第1水中航走体100(100-1,100-2)、第2水中航走体102、水上中継機200(200-1,200-2)及び母船300を含んで構成される。第1水中航走体100及び第2水中航走体102は、水面と水底との間の水中において使用される。また、水上中継機200は、水面において使用される。
<Connection system between surface relay aircraft and underwater vehicle>
As shown in Fig. 1, the connection system between the surface repeater and the underwater vehicle in the embodiment of the present invention includes a first underwater vehicle 100 (100-1, 100-2), a second underwater vehicle 102, a surface repeater 200 (200-1, 200-2), and a mother ship 300. The first underwater vehicle 100 and the second underwater vehicle 102 are used underwater between the water surface and the water bottom. The surface repeater 200 is used on the water surface.
なお、図1では、水上中継機200-1、第1水中航走体100-1及び第2水中航走体102の組と、水上中継機200-2及び第1水中航走体100-1の組を同時に運用する構成を示している。 Note that FIG. 1 shows a configuration in which a set of the surface repeater 200-1, the first underwater vehicle 100-1, and the second underwater vehicle 102, and a set of the surface repeater 200-2 and the first underwater vehicle 100-1 are operated simultaneously.
第1水中航走体100と水上中継機200とはケーブル400によって連結される。なお、連結システムの連結とは、単にケーブル400等で第1水中航走体100と水上中継機200とを連結することのみならず、第1水中航走体100と水上中継機200とが連係して航走すること、連携して作業を行うこと等も含むものである。また、ケーブル400には、情報を伝送する機能以外に、電力の伝送や曳引の機能等を持たせることもできる。 The first underwater vehicle 100 and the surface repeater 200 are connected by a cable 400. Note that the connection of the connection system does not simply mean connecting the first underwater vehicle 100 and the surface repeater 200 with a cable 400 or the like, but also includes the first underwater vehicle 100 and the surface repeater 200 sailing in conjunction with each other, working together, etc. Furthermore, in addition to the function of transmitting information, the cable 400 can also be given functions such as transmitting power and towing.
第1水中航走体100と第2水中航走体102は、水中において光通信によって情報伝達可能に接続される。すなわち、第1水中航走体100と第2水中航走体102の間では水中光通信が行われる。 The first underwater vehicle 100 and the second underwater vehicle 102 are connected underwater so that information can be transmitted by optical communication. That is, underwater optical communication is performed between the first underwater vehicle 100 and the second underwater vehicle 102.
第1水中航走体100及び第2水中航走体102は、水中を自律航走して又は母船300からのオペレータの操作によって、点検対象物500を検査、調査、修理等するために使用される。点検対象物500は、特に限定されるものではないが、周囲に線状構造部を有した洋上風力発電設備を含む海洋構造物とすることができる。ただし、これに限定されるものではなく、水底の資源や水底ケーブル等を点検対象物500としてもよい。 The first underwater vehicle 100 and the second underwater vehicle 102 are used to inspect, investigate, repair, etc. the inspection object 500 by autonomously navigating underwater or by operation of an operator from the mother ship 300. The inspection object 500 is not particularly limited, but may be a marine structure including an offshore wind power generation facility having a linear structure around it. However, it is not limited to this, and the inspection object 500 may also be a bottom resource, a bottom cable, etc.
なお、第1水中航走体100の利用範囲は、海中に限定されず、河川、湖、池、沼等や人工のプール等で利用してもよい。水上中継機200は、第1水中航走体100に追従して水上を航走して、第1水中航走体100と母船300との間の通信を中継するために使用される。母船300は、第1水中航走体100から調査に関する情報を受信すると共に、第1水中航走体100、第2水中航走体102及び水上中継機200に対して航走のための情報を提供する。 The range of use of the first underwater vehicle 100 is not limited to underwater, and it may be used in rivers, lakes, ponds, marshes, artificial pools, etc. The surface repeater 200 follows the first underwater vehicle 100 and travels on the water, and is used to relay communications between the first underwater vehicle 100 and the mother ship 300. The mother ship 300 receives information about the survey from the first underwater vehicle 100, and provides information for navigation to the first underwater vehicle 100, the second underwater vehicle 102, and the surface repeater 200.
なお、本実施の形態では、母船300としたが、特に船舶に限定されるものではなく、陸上に配置された基地局であってもよいし、水中に配置した水中母艦であってもよいし、空中を飛行する飛行体としてもよい。特に、水中に配置した水中母艦の場合、例えば、水面近傍に水中母艦を配置し空中に臨ませたアンテナにより電波を利用して水上中継機200と通信をすることや、完全に水中に配置し光通信を利用して水上中継機200と直接通信することも可能である。 In this embodiment, the mother ship 300 is used, but it is not limited to a ship, and may be a base station located on land, an underwater mother ship located underwater, or an aircraft flying in the air. In particular, in the case of an underwater mother ship located underwater, for example, the underwater mother ship can be placed near the water surface and communicate with the surface repeater 200 using radio waves from an antenna facing the air, or it can be placed completely underwater and communicate directly with the surface repeater 200 using optical communication.
<第1水中航走体の構成>
第1水中航走体100は、図2の構成概念図に示すように、艇体10、制御手段12、記憶手段14、通信手段16、光通信手段17、航走手段18、航走体位置推定手段20、航走体撮像手段22及び握持手段23を含んで構成される。第1水中航走体100は、例えば、自律型無人潜水機(AUV)であるが、これに限定されるものではない。
<Configuration of first underwater vehicle>
2, the first underwater vehicle 100 includes a hull 10, a control means 12, a memory means 14, a communication means 16, an optical communication means 17, a navigation means 18, a vehicle position estimation means 20, a vehicle imaging means 22, and a gripping means 23. The first underwater vehicle 100 is, for example, an autonomous underwater vehicle (AUV), but is not limited to this.
艇体10は、艇室等の空間を構成する密閉可能な構造体である。艇体10は、金属や強化プラスチック等により構成され、第1水中航走体100の構成要素を機械的に支持する役割も果たす。艇体10は、第1水中航走体100が中性浮力を有するように構成されることが好適である。 The hull 10 is a sealable structure that defines a space such as a cabin. The hull 10 is made of metal, reinforced plastic, etc., and also serves to mechanically support the components of the first underwater vehicle 100. It is preferable that the hull 10 is configured so that the first underwater vehicle 100 has neutral buoyancy.
制御手段12は、第1水中航走体100における各種機能を制御するための手段である。制御手段12は、コンピュータにおけるCPU等とすることができる。制御手段12は、予め定められた制御プログラムを実行することによって第1水中航走体100に搭載された各手段を統合的に制御する。 The control means 12 is a means for controlling various functions in the first underwater vehicle 100. The control means 12 can be a CPU in a computer, etc. The control means 12 comprehensively controls each means mounted on the first underwater vehicle 100 by executing a predetermined control program.
記憶手段14は、第1水中航走体100において利用される情報や第1水中航走体100の制御プログラムを記憶させておくための手段である。記憶手段14は、例えば、半導体メモリ、ハードディスク等とすることができる。 The storage means 14 is a means for storing information used in the first underwater vehicle 100 and the control program of the first underwater vehicle 100. The storage means 14 may be, for example, a semiconductor memory, a hard disk, etc.
記憶手段14には、第1水中航走体100の位置の制御において第1水中航走体100の目標の位置を示す情報が記憶される。目標位置は、例えば、目標緯度及び目標経度を含む初期位置及びウェイポイント(潜航点)として記憶される。すなわち、第1水中航走体100の艇体10が水中を航走する際の初期位置及び航走の経路を示すウェイポイント(潜航点)が設定及び記憶される。初期位置及びウェイポイントは、艇体10が航走する目標となる水中の経路を離散的な座標点で順に表した情報である。また、初期位置及びウェイポイントは、目標緯度及び目標経度に加えて、水面からの深度の組み合わせとして表してもよい。 The storage means 14 stores information indicating a target position of the first underwater vehicle 100 in controlling the position of the first underwater vehicle 100. The target position is stored, for example, as an initial position and a waypoint (submerged point) including a target latitude and a target longitude. That is, a waypoint (submerged point) indicating the initial position and the route of travel when the hull 10 of the first underwater vehicle 100 travels underwater is set and stored. The initial position and waypoint are information that sequentially represents the underwater route that is the target for travel of the hull 10, using discrete coordinate points. The initial position and waypoint may also be expressed as a combination of the depth from the water surface in addition to the target latitude and target longitude.
また、記憶手段14は、後述する航走体位置推定手段20において推定された第1水中航走体100の自己位置の推定値を記憶する。また、記憶手段14は、後述する航走体撮像手段22において取得された画像情報を記憶する。 The storage means 14 also stores an estimate of the self-position of the first underwater vehicle 100 estimated by the vehicle position estimation means 20 described below. The storage means 14 also stores image information acquired by the vehicle imaging means 22 described below.
通信手段16は、第1水中航走体100と水上中継機200との間で情報を通信するための手段である。通信手段16は、情報伝送線24を介して水上中継機200から情報を受信し、情報伝送線24を介して第1水中航走体100で取得された情報を水上中継機200へ送信する。また、通信手段16は、第2水中航走体102と水上中継機200との間で情報を通信する際の中継手段としても機能する。 The communication means 16 is a means for communicating information between the first underwater vehicle 100 and the surface repeater 200. The communication means 16 receives information from the surface repeater 200 via the information transmission line 24, and transmits information acquired by the first underwater vehicle 100 to the surface repeater 200 via the information transmission line 24. The communication means 16 also functions as a relay means when communicating information between the second underwater vehicle 102 and the surface repeater 200.
情報伝送線24は、ケーブル400の一部とすることができる。通信手段16は、例えば、通信プロトコルとしてイーサネット(Ethernet)を採用すればよい。この場合、情報伝送線24は、イーサネット(Ethernet)ケーブルとされる。 The information transmission line 24 can be part of the cable 400. The communication means 16 may employ, for example, Ethernet as a communication protocol. In this case, the information transmission line 24 is an Ethernet cable.
ここで、第1水中航走体100と水上中継機200との間を有線通信とすることで、水中を音響信号で伝達する方法に比べて高速で大容量の通信を行うことができる。これによって、第1水中航走体100は、水上中継機200及び母船300と高速に通信すること、大容量の画像情報等を伝送することができる。 Here, by using wired communication between the first underwater vehicle 100 and the surface repeater 200, it is possible to carry out high-speed, large-capacity communication compared to the method of transmitting acoustic signals underwater. This allows the first underwater vehicle 100 to communicate with the surface repeater 200 and the mother ship 300 at high speed and transmit large volumes of image information, etc.
なお、情報伝送線24の長さは、第1水中航走体100及び水上中継機200の航走予定水域の最大水深に対して余裕を持たせておくことが好適である。例えば、第1水中航走体100が航走する予定の最大水深が15mである場合、情報伝送線24のケーブル長を20mとしておけばよい。これによって、第1水中航走体100と水上中継機200の位置関係を適切に保ちつつ並走することが可能になる。ただし、水上中継機200に情報伝送線24の繰り出し・巻き上げ装置を搭載し、第1水中航走体100と水上中継機200との距離に応じて情報伝送線24を繰り出し又は巻き上げするような構成としてもよい。 The length of the information transmission line 24 is preferably set to a sufficient length to allow for a margin relative to the maximum depth of the water area in which the first underwater vehicle 100 and the surface repeater 200 are scheduled to travel. For example, if the maximum depth in which the first underwater vehicle 100 is scheduled to travel is 15 m, the cable length of the information transmission line 24 may be set to 20 m. This allows the first underwater vehicle 100 and the surface repeater 200 to travel side by side while maintaining an appropriate positional relationship. However, the surface repeater 200 may be equipped with a device for reeling out and winding up the information transmission line 24, and the information transmission line 24 may be reeled out or wound up depending on the distance between the first underwater vehicle 100 and the surface repeater 200.
光通信手段17は、第1水中航走体100と第2水中航走体102との間で情報を通信するための手段である。光通信手段17は、少なくとも光受信手段を含んで構成される。光通信手段17は、特に限定されるものではなく、例えば可視光レーザを用いた通信を適用することができる。具体的には、特許文献2及び3に記載されたような技術を適用することができる。 The optical communication means 17 is a means for communicating information between the first underwater vehicle 100 and the second underwater vehicle 102. The optical communication means 17 is configured to include at least an optical receiving means. The optical communication means 17 is not particularly limited, and for example, communication using a visible light laser can be applied. Specifically, the techniques described in Patent Documents 2 and 3 can be applied.
航走手段18は、艇体10を推進させるための駆動力を発生させ、艇体10を上下左右方向に旋回(回頭)させるための手段である。例えば、艇体10の前後左右上下にそれぞれ個別の航走手段18を設けておき、左右にそれぞれ個別の航走手段18を設けておき、垂直舵に依らず、左右の航走手段18の推力のバランスを調整することにより艇体10を左右方向に旋回(回頭)させる。なお、駆動力発生のための機構として主推進器駆動モータ、プロペラ、回転軸等を含んで構成される。主推進器駆動モータは、艇体10に対して駆動力を与えるためのモータである。主推進器駆動モータは、電池からの電力によって、制御手段12からの駆動制御信号に応じた回転数及びトルクで航走手段18の回転軸を回転駆動させる。これにより、駆動軸に接続されたプロペラが回転されて艇体10に推進力が与えられる。また、航走手段18は、例えば、艇体10を上下左右方向に旋回(回頭)させるための舵を含む。垂直舵を艇体10に対して右又は左に傾けることによって、艇体10を左又は右に回頭させることができる。垂直舵は、垂直舵駆動モータによって回転させることができる。垂直舵駆動モータは、制御手段12からの垂直舵制御信号に応じた角度になるように垂直舵を回転駆動させる。水平舵を艇体10に対して上又は下に傾けることによって、艇体10を頭下げ(ピッチダウン)又は頭上げ(ピッチアップ)させることができる。水平舵は、水平舵駆動モータによって駆動することができる。水平舵駆動モータは、制御手段12からの水平舵制御信号に応じた角度になるように水平舵を回転駆動させる構成としてもよい。 The propulsion means 18 is a means for generating a driving force for propelling the hull 10 and for turning (turning) the hull 10 in the up, down, left and right directions. For example, separate propulsion means 18 are provided on the front, rear, left and right, top and bottom of the hull 10, and separate propulsion means 18 are provided on the left and right, and the hull 10 is turned (turned) in the left and right directions by adjusting the balance of the thrust of the left and right propulsion means 18 without relying on a vertical rudder. In addition, it is configured to include a main propulsion drive motor, a propeller, a rotating shaft, etc. as a mechanism for generating driving force. The main propulsion drive motor is a motor for providing driving force to the hull 10. The main propulsion drive motor rotates the rotating shaft of the propulsion means 18 with a rotation speed and torque according to a drive control signal from the control means 12 by power from a battery. As a result, the propeller connected to the drive shaft is rotated to provide a propulsive force to the hull 10. In addition, the propulsion means 18 includes, for example, a rudder for turning (turning) the hull 10 in the up, down, left and right directions. By tilting the vertical rudder to the right or left relative to the hull 10, the hull 10 can be turned to the left or right. The vertical rudder can be rotated by a vertical rudder drive motor. The vertical rudder drive motor rotates and drives the vertical rudder so that the angle corresponds to the vertical rudder control signal from the control means 12. By tilting the horizontal rudder up or down relative to the hull 10, the hull 10 can be pitched down or up. The horizontal rudder can be driven by a horizontal rudder drive motor. The horizontal rudder drive motor may be configured to rotate and drive the horizontal rudder so that the angle corresponds to the horizontal rudder control signal from the control means 12.
航走体位置推定手段20は、水中における艇体10の現在の位置(水中位置)を自己位置として推定するため構成要素を含んで構成される。航走体位置推定手段20は、例えば、プログラム可能なマイクロコンピュータによって実現することができる。航走体位置推定手段20で推定された第1水中航走体100の自己位置は制御手段12に入力される。制御手段12は、入力された第1水中航走体100の自己位置を記憶手段14に記憶させると共に、第1水中航走体100の位置の制御に利用する。 The vehicle position estimation means 20 includes components for estimating the current position of the vessel 10 in the water (underwater position) as its own position. The vehicle position estimation means 20 can be realized, for example, by a programmable microcomputer. The own position of the first underwater vehicle 100 estimated by the vehicle position estimation means 20 is input to the control means 12. The control means 12 stores the inputted own position of the first underwater vehicle 100 in the memory means 14 and uses it to control the position of the first underwater vehicle 100.
航走体位置推定手段20は、慣性航法装置(INS)を含む構成とすることができる。慣性航法装置は、第1水中航走体100の速度を測定する速度計を含んで構成される。速度計は、例えば、ドップラー対地速度計(DVL)によって構成することができる。慣性航法では、速度計で検出された第1水中航走体100の速度を積分することで第1水中航走体100の起点からの移動距離を求めることで第1水中航走体100の自己位置を推定する。 The vehicle position estimation means 20 may be configured to include an inertial navigation system (INS). The inertial navigation system includes a speedometer that measures the speed of the first underwater vehicle 100. The speedometer may be configured, for example, by a Doppler ground speed meter (DVL). In inertial navigation, the self-position of the first underwater vehicle 100 is estimated by integrating the speed of the first underwater vehicle 100 detected by the speedometer to determine the distance traveled by the first underwater vehicle 100 from the starting point.
また、航走体位置推定手段20は、姿勢方位基準装置(AHRS)を含む構成とすることができる。姿勢方位基準装置は、ジャイロ等を利用した慣性航法装置の一種であり、ドップラー対地速度計(DVL)等の速度計と組み合わされることによって第1水中航走体100の水中における回転及び直線運動を演算して出力する。航走体位置推定手段20は、姿勢方位基準装置で演算された第1水中航走体100の回転及び直線運動を積分することで第1水中航走体100の起点からの移動距離を求めることで第1水中航走体100の自己位置を推定する。 The vehicle position estimation means 20 may also be configured to include an attitude and heading reference system (AHRS). The attitude and heading reference system is a type of inertial navigation system that uses a gyroscope or the like, and is combined with a speedometer such as a Doppler ground speed indicator (DVL) to calculate and output the rotational and linear motion of the first underwater vehicle 100 in the water. The vehicle position estimation means 20 estimates the self-position of the first underwater vehicle 100 by integrating the rotational and linear motion of the first underwater vehicle 100 calculated by the attitude and heading reference system to determine the distance traveled by the first underwater vehicle 100 from the starting point.
また、航走体位置推定手段20は、第1水中航走体100の水中での深度を計測するための深度計を含んでもよい。深度計によって計測された第1水中航走体100の深度は制御手段12へ入力される。制御手段12は、入力された第1水中航走体100の深度を記憶手段14に記憶させると共に、第1水中航走体100の深度の制御に利用する。 The vehicle position estimation means 20 may also include a depth gauge for measuring the underwater depth of the first underwater vehicle 100. The depth of the first underwater vehicle 100 measured by the depth gauge is input to the control means 12. The control means 12 stores the input depth of the first underwater vehicle 100 in the memory means 14 and uses it to control the depth of the first underwater vehicle 100.
航走体位置推定手段20で推定された自己位置に基づいて艇体10の航走制御が行われる。制御手段12は、記憶手段14に予め設定されたウェイポイントを順に読み出し、当該ウェイポイントと航走体位置推定手段20で推定された艇体10の自己位置との差が小さくなるように航走手段18を制御する。 The sailing control of the hull 10 is performed based on the self-position estimated by the vessel position estimation means 20. The control means 12 sequentially reads out waypoints preset in the storage means 14, and controls the sailing means 18 so as to reduce the difference between the waypoints and the self-position of the hull 10 estimated by the vessel position estimation means 20.
航走手段18の制御は、艇体運動モデルに基づいて行ってもよい。艇体運動モデルは、AUVダイナミクスとも呼ばれ、水中における艇体10の運動性能を表す運動方程式からなる。具体的には、航走手段18の応答特性や艇体10の移動特性等に基づいて制御を行うようにしてもよい。 The control of the propulsion means 18 may be based on a hull motion model. The hull motion model is also called AUV dynamics and is made up of equations of motion that represent the motion performance of the hull 10 in water. Specifically, control may be based on the response characteristics of the propulsion means 18 and the movement characteristics of the hull 10.
また、航走体位置推定手段20で推定された艇体10の自己位置を修正する水中航走体修正情報に応じて航走手段18は制御される。制御手段12は、母船300から送信される水中航走体修正情報に応じて航走の目標位置を修正することによって艇体10を目標位置に近づけるように航走手段18を制御する。すなわち、航走手段18は水中航走体修正情報に応じて制御されることになり、艇体10の初期位置やウェイポイントの設定に基づく位置誤差や航走体位置推定手段20における自己位置の推定における位置誤差を補償することができる。 The navigation means 18 is controlled according to underwater vehicle correction information that corrects the self-position of the hull 10 estimated by the vehicle position estimation means 20. The control means 12 controls the navigation means 18 to move the hull 10 closer to the target position by correcting the target position for navigation according to the underwater vehicle correction information transmitted from the mother ship 300. In other words, the navigation means 18 is controlled according to the underwater vehicle correction information, and position errors based on the initial position of the hull 10 and the waypoint settings, as well as position errors in the estimation of the self-position by the vehicle position estimation means 20, can be compensated for.
なお、第1水中航走体100の航行は、上記のようなウェイポイントを用いたウェイポイント(WP:Way Point)航行モードに限定されるものではない。例えば、自己位置推定と第1水中航走体100の周辺の環境地図の作成とを組み合わせたSLAM(Simultaneous Localization and Mapping)航行モードを適用してもよい。また、母船300に乗船したオペレータによる操作に基づく遠隔操作航行モードを適用してもよい。 The navigation of the first underwater vehicle 100 is not limited to the waypoint (WP) navigation mode using waypoints as described above. For example, a SLAM (Simultaneous Localization and Mapping) navigation mode that combines self-position estimation and the creation of an environmental map of the area around the first underwater vehicle 100 may be applied. A remote-operated navigation mode based on operations by an operator on board the mother ship 300 may also be applied.
照明手段19は、第1水中航走体100の水中において艇体10の外部を照射する手段である。照明手段19は、航走体撮像手段22による撮像する際の照明として使用することができる。例えば、第2水中航走体102を撮像して追尾する際に、照明手段19によって光を照射することで第2水中航走体102を明確に撮像することができる。照明手段19から照射される光の波長は、光通信手段17による水中光通信で用いられ光の波長とは異なる波長とすることが好適である。これによって、照明手段19による照明と、光通信手段17による水中光通信との相互の干渉を抑制することができる。 The lighting means 19 is a means for illuminating the outside of the vessel 10 underwater in the first underwater vehicle 100. The lighting means 19 can be used as illumination when imaging by the vehicle imaging means 22. For example, when imaging and tracking the second underwater vehicle 102, the second underwater vehicle 102 can be clearly imaged by irradiating it with light by the lighting means 19. It is preferable that the wavelength of the light irradiated by the lighting means 19 is different from the wavelength of the light used in underwater optical communication by the optical communication means 17. This makes it possible to suppress mutual interference between the illumination by the lighting means 19 and the underwater optical communication by the optical communication means 17.
照明手段19は、第1水中航走体100の艇体10において光通信手段17と同じ側に配置することが好適である。すなわち、第1水中航走体100によって第2水中航走体102の映像を撮影しながら第2水中航走体102を追尾する場合、照明手段19によって第2水中航走体102に照明を当てながら撮像して、その映像に基づいて追尾を行うと共に、第2水中航走体102との光通信を確実に確立することができる。 It is preferable that the lighting means 19 is disposed on the same side of the hull 10 of the first underwater vehicle 100 as the optical communication means 17. In other words, when the first underwater vehicle 100 tracks the second underwater vehicle 102 while taking an image of the second underwater vehicle 102, the lighting means 19 illuminates the second underwater vehicle 102 while taking an image, and tracking is performed based on the image while optical communication with the second underwater vehicle 102 can be reliably established.
航走体撮像手段22は、艇体10の外部を撮像するための構成要素を含んで構成される。航走体撮像手段22は、例えば、静止画像を撮像するためのカメラ、動画を撮像するためのビデオ等とすることができる。航走体撮像手段22で得られた画像や動画に関する画像情報(撮像データ)は記憶手段14に記憶される。また、航走体撮像手段22で得られた画像や動画に関する画像情報(撮像データ)は、通信手段16を用いて情報伝送線24を介して水上中継機200へ送信される。 The watercraft imaging means 22 is configured to include components for imaging the outside of the vessel hull 10. The watercraft imaging means 22 can be, for example, a camera for capturing still images, a video for capturing video, etc. Image information (imaging data) relating to the images and videos obtained by the watercraft imaging means 22 is stored in the storage means 14. In addition, the image information (imaging data) relating to the images and videos obtained by the watercraft imaging means 22 is transmitted to the waterborne repeater 200 via the information transmission line 24 using the communication means 16.
なお、航走体撮像手段22を複数設けて、ステレオ視に基づいて艇体10と目標物との相対的な位置を取得できるようにしてもよい。当該相対的位置情報は、後述する航走体位置推定手段20における第1水中航走体100の自己位置の推定において誤差の修正に利用することができる。 In addition, multiple vehicle imaging means 22 may be provided to acquire the relative position between the vessel 10 and the target based on stereoscopic vision. This relative position information can be used to correct errors in estimating the self-position of the first underwater vehicle 100 by the vehicle position estimation means 20 described below.
また、本実施の形態として第1水中航走体100に航走体撮像手段22を設けた構成としたが、水中における状況を第1水中航走体100において取得できる手段であればよい。例えば、音波や超音波を用いたソナーによって構造物や水底の形状等を取得するようにしてもよい。この場合、得られた情報は、記憶手段14に記憶されると共に、通信手段16を用いて情報伝送線24を介して水上中継機200へ送信される。 In addition, in this embodiment, the first underwater vehicle 100 is provided with a vehicle imaging means 22, but any means capable of acquiring the underwater situation in the first underwater vehicle 100 may be used. For example, sonar using sound waves or ultrasonic waves may be used to acquire the shape of structures and the bottom of the water. In this case, the acquired information is stored in the memory means 14 and is transmitted to the water repeater 200 via the information transmission line 24 using the communication means 16.
航走体撮像手段22には、さらに光学フィルタ22aを設けてもよい。光学フィルタ22aは、光通信手段17による光通信に用いられる光の波長を減衰させるフィルタとすることが好適である。一般的には、照明手段19によって照射される光の波長より光通信手段17で用いられる光の波長は短いので、光学フィルタ22aは光通信手段17で用いられる光の波長より短波長側を減衰させる短波長カットフィルタとすることが好適である。光学フィルタ22aを設けることによって、航走体撮像手段22による撮像への水中光通信の光の影響を低減させることができる。 The vehicle imaging means 22 may further be provided with an optical filter 22a. The optical filter 22a is preferably a filter that attenuates the wavelength of light used for optical communication by the optical communication means 17. Generally, the wavelength of light used by the optical communication means 17 is shorter than the wavelength of light irradiated by the illumination means 19, so the optical filter 22a is preferably a short-wavelength cut filter that attenuates the shorter wavelength side of the wavelength of light used by the optical communication means 17. By providing the optical filter 22a, the effect of the light of underwater optical communication on the imaging by the vehicle imaging means 22 can be reduced.
握持手段23は、第1水中航走体100によって第2水中航走体102を保有するための手段である。第1水中航走体100は、握持手段23によって第2水中航走体102を保有したまま、第2水中航走体102による点検や作業を行う目標位置付近まで航行した後、握持手段23を解除することで第2水中航走体102を開放する。また、点検や作業を終えた場合、第1水中航走体100は、第2水中航走体102を回収して握持手段23により保有した状態で航行する。 The gripping means 23 is a means for holding the second underwater vehicle 102 by the first underwater vehicle 100. The first underwater vehicle 100, while holding the second underwater vehicle 102 by the gripping means 23, navigates to the vicinity of the target position where the second underwater vehicle 102 will perform inspection or work, and then releases the gripping means 23 to release the second underwater vehicle 102. Furthermore, when the inspection or work is completed, the first underwater vehicle 100 retrieves the second underwater vehicle 102 and navigates while still being held by the gripping means 23.
<第2水中航走体の構成>
第2水中航走体102は、図3の構成概念図に示すように、艇体10、制御手段12、記憶手段14、光通信手段17、航走手段18、航走体位置推定手段20及び航走体撮像手段22を含んで構成される。第2水中航走体102は、例えば、自律型無人潜水機(AUV)であるが、これに限定されるものではない。第2水中航走体102の構成は、通信手段16及び握持手段23を備えないことを除いて第1水中航走体100と同様である。
<Configuration of the second underwater vehicle>
As shown in the schematic diagram of Fig. 3, the second underwater vehicle 102 includes a boat hull 10, a control means 12, a memory means 14, an optical communication means 17, a navigation means 18, a vehicle position estimation means 20, and a vehicle imaging means 22. The second underwater vehicle 102 is, for example, an autonomous unmanned underwater vehicle (AUV), but is not limited to this. The configuration of the second underwater vehicle 102 is similar to that of the first underwater vehicle 100, except that the second underwater vehicle 102 does not include the communication means 16 and the gripping means 23.
艇体10は、艇室等の空間を構成する密閉可能な構造体である。艇体10は、金属や強化プラスチック等により構成され、第2水中航走体102の構成要素を機械的に支持する役割も果たす。艇体10は、第2水中航走体102が中性浮力を有するように構成されることが好適である。 The hull 10 is a sealable structure that defines a space such as a cabin. The hull 10 is made of metal, reinforced plastic, etc., and also serves to mechanically support the components of the second underwater vehicle 102. It is preferable that the hull 10 is configured so that the second underwater vehicle 102 has neutral buoyancy.
制御手段12は、第2水中航走体102における各種機能を制御するための手段である。制御手段12は、コンピュータにおけるCPU等とすることができる。制御手段12は、予め定められた制御プログラムを実行することによって第2水中航走体102に搭載された各手段を統合的に制御する。 The control means 12 is a means for controlling various functions in the second underwater vehicle 102. The control means 12 can be a CPU in a computer, etc. The control means 12 comprehensively controls each means mounted on the second underwater vehicle 102 by executing a predetermined control program.
記憶手段14は、第2水中航走体102において利用される情報や第2水中航走体102の制御プログラムを記憶させておくための手段である。記憶手段14は、例えば、半導体メモリ、ハードディスク等とすることができる。 The storage means 14 is a means for storing information used in the second underwater vehicle 102 and the control program of the second underwater vehicle 102. The storage means 14 may be, for example, a semiconductor memory, a hard disk, etc.
記憶手段14には、第2水中航走体102の位置の制御において第2水中航走体102の目標の位置を示す情報が記憶される。目標位置は、例えば、目標緯度及び目標経度を含む初期位置及びウェイポイント(潜航点)として記憶される。すなわち、第2水中航走体102の艇体10が水中を航走する際の初期位置及び航走の経路を示すウェイポイント(潜航点)が設定及び記憶される。初期位置及びウェイポイントは、艇体10が航走する目標となる水中の経路を離散的な座標点で順に表した情報である。また、初期位置及びウェイポイントは、目標緯度及び目標経度に加えて、水面からの深度の組み合わせとして表してもよい。 The memory means 14 stores information indicating a target position of the second underwater vehicle 102 in controlling the position of the second underwater vehicle 102. The target position is stored, for example, as an initial position and a waypoint (submerged point) including a target latitude and a target longitude. That is, a waypoint (submerged point) indicating the initial position and the route of travel when the hull 10 of the second underwater vehicle 102 travels underwater is set and stored. The initial position and waypoint are information that sequentially represents the underwater route that is the target for travel of the hull 10, using discrete coordinate points. The initial position and waypoint may also be expressed as a combination of the depth from the water surface in addition to the target latitude and target longitude.
また、記憶手段14は、後述する航走体位置推定手段20において推定された第2水中航走体102の自己位置の推定値を記憶する。また、記憶手段14は、後述する航走体撮像手段22において取得された画像情報を記憶する。 The storage means 14 also stores an estimate of the self-position of the second underwater vehicle 102 estimated by the vehicle position estimation means 20 described below. The storage means 14 also stores image information acquired by the vehicle imaging means 22 described below.
光通信手段17は、第1水中航走体100と第2水中航走体102との間で情報を通信するための手段である。光通信手段17は、少なくとも光送信手段を含んで構成される。光通信手段17は、特に限定されるものではなく、例えば可視光レーザを用いた通信を適用することができる。具体的には、特許文献2及び3に記載されたような技術を適用することができる。 The optical communication means 17 is a means for communicating information between the first underwater vehicle 100 and the second underwater vehicle 102. The optical communication means 17 is configured to include at least an optical transmission means. The optical communication means 17 is not particularly limited, and for example, communication using a visible light laser can be applied. Specifically, the techniques described in Patent Documents 2 and 3 can be applied.
航走手段18は、艇体10を推進させるための駆動力を発生させ、艇体10を上下左右方向に旋回(回頭)させるための手段である。航走手段18は、第1水中航走体100における航走手段18と同様であるので説明を省略する。 The propulsion means 18 is a means for generating a driving force for propelling the hull 10 and for turning (swivel) the hull 10 in the vertical and horizontal directions. The propulsion means 18 is similar to the propulsion means 18 in the first underwater vehicle 100, so a description thereof will be omitted.
航走体位置推定手段20は、水中における艇体10の現在の位置(水中位置)を自己位置として推定するため構成要素を含んで構成される。航走体位置推定手段20は、例えば、プログラム可能なマイクロコンピュータによって実現することができる。航走体位置推定手段20で推定された第2水中航走体102の自己位置は制御手段12に入力される。制御手段12は、入力された第2水中航走体102の自己位置を記憶手段14に記憶させると共に、第2水中航走体102の位置の制御に利用する。 The vehicle position estimation means 20 includes components for estimating the current position of the vessel 10 in the water (underwater position) as its own position. The vehicle position estimation means 20 can be realized, for example, by a programmable microcomputer. The own position of the second underwater vehicle 102 estimated by the vehicle position estimation means 20 is input to the control means 12. The control means 12 stores the inputted own position of the second underwater vehicle 102 in the memory means 14 and uses it to control the position of the second underwater vehicle 102.
航走体位置推定手段20は、慣性航法装置(INS)を含む構成とすることができる。慣性航法装置は、第2水中航走体102の速度を測定する速度計を含んで構成される。速度計は、例えば、ドップラー対地速度計(DVL)によって構成することができる。慣性航法では、速度計で検出された第2水中航走体102の速度を積分することで第2水中航走体102の起点からの移動距離を求めることで第2水中航走体102の自己位置を推定する。 The vehicle position estimation means 20 may be configured to include an inertial navigation system (INS). The inertial navigation system includes a speedometer that measures the speed of the second underwater vehicle 102. The speedometer may be configured, for example, by a Doppler ground speed meter (DVL). In inertial navigation, the self-position of the second underwater vehicle 102 is estimated by integrating the speed of the second underwater vehicle 102 detected by the speedometer to determine the distance traveled from the starting point of the second underwater vehicle 102.
また、航走体位置推定手段20は、姿勢方位基準装置(AHRS)を含む構成とすることができる。姿勢方位基準装置は、ジャイロ等を利用した慣性航法装置の一種であり、ドップラー対地速度計(DVL)等の速度計と組み合わされることによって第2水中航走体102の水中における回転及び直線運動を演算して出力する。航走体位置推定手段20は、姿勢方位基準装置で演算された第2水中航走体102の回転及び直線運動を積分することで第2水中航走体102の起点からの移動距離を求めることで第2水中航走体102の自己位置を推定する。 The vehicle position estimation means 20 may also be configured to include an attitude and heading reference system (AHRS). The attitude and heading reference system is a type of inertial navigation system that uses a gyroscope or the like, and is combined with a speedometer such as a Doppler ground speed indicator (DVL) to calculate and output the rotational and linear motion of the second underwater vehicle 102 in the water. The vehicle position estimation means 20 estimates the self-position of the second underwater vehicle 102 by integrating the rotational and linear motion of the second underwater vehicle 102 calculated by the attitude and heading reference system to determine the distance traveled from the starting point of the second underwater vehicle 102.
また、航走体位置推定手段20は、第2水中航走体102の水中での深度を計測するための深度計を含んでもよい。深度計によって計測された第2水中航走体102の深度は制御手段12へ入力される。制御手段12は、入力された第2水中航走体102の深度を記憶手段14に記憶させると共に、第2水中航走体102の深度の制御に利用する。 The vehicle position estimation means 20 may also include a depth gauge for measuring the underwater depth of the second underwater vehicle 102. The depth of the second underwater vehicle 102 measured by the depth gauge is input to the control means 12. The control means 12 stores the input depth of the second underwater vehicle 102 in the memory means 14 and uses it to control the depth of the second underwater vehicle 102.
航走体位置推定手段20で推定された自己位置に基づいて艇体10の航走制御が行われる。制御手段12は、記憶手段14に予め設定されたウェイポイントを順に読み出し、当該ウェイポイントと航走体位置推定手段20で推定された艇体10の自己位置との差が小さくなるように航走手段18を制御する。 The sailing control of the hull 10 is performed based on the self-position estimated by the vessel position estimation means 20. The control means 12 sequentially reads out waypoints preset in the storage means 14, and controls the sailing means 18 so as to reduce the difference between the waypoints and the self-position of the hull 10 estimated by the vessel position estimation means 20.
航走手段18の制御は、艇体運動モデルに基づいて行ってもよい。艇体運動モデルは、AUVダイナミクスとも呼ばれ、水中における艇体10の運動性能を表す運動方程式からなる。具体的には、航走手段18の応答特性や艇体10の移動特性等に基づいて制御を行うようにしてもよい。 The control of the propulsion means 18 may be based on a hull motion model. The hull motion model is also called AUV dynamics and is made up of equations of motion that represent the motion performance of the hull 10 in water. Specifically, control may be based on the response characteristics of the propulsion means 18 and the movement characteristics of the hull 10.
また、航走体位置推定手段20で推定された艇体10の自己位置を修正する水中航走体修正情報に応じて航走手段18は制御される。制御手段12は、第1水中航走体100を介して母船300から送信される水中航走体修正情報に応じて航走の目標位置を修正することによって艇体10を目標位置に近づけるように航走手段18を制御する。すなわち、航走手段18は水中航走体修正情報に応じて制御されることになり、艇体10の初期位置やウェイポイントの設定に基づく位置誤差や航走体位置推定手段20における自己位置の推定における位置誤差を補償することができる。 The navigation means 18 is controlled according to underwater vehicle correction information that corrects the self-position of the hull 10 estimated by the vehicle position estimation means 20. The control means 12 controls the navigation means 18 to bring the hull 10 closer to the target position by correcting the target position for navigation according to the underwater vehicle correction information transmitted from the mother ship 300 via the first underwater vehicle 100. In other words, the navigation means 18 is controlled according to the underwater vehicle correction information, and position errors based on the initial position of the hull 10 and the waypoint settings, and position errors in the estimation of the self-position by the vehicle position estimation means 20 can be compensated for.
なお、第2水中航走体102の航行は、上記のようなウェイポイントを用いたウェイポイント(WP:Way Point)航行モードに限定されるものではない。例えば、自己位置推定と第2水中航走体102の周辺の環境地図の作成とを組み合わせたSLAM(Simultaneous Localization and Mapping)航行モードを適用してもよい。また、母船300に乗船したオペレータによる操作に基づく遠隔操作航行モードを適用してもよい。 The navigation of the second underwater vehicle 102 is not limited to the waypoint (WP) navigation mode using waypoints as described above. For example, a SLAM (Simultaneous Localization and Mapping) navigation mode that combines self-position estimation and the creation of an environmental map of the surroundings of the second underwater vehicle 102 may be applied. A remote-operated navigation mode based on operations by an operator on board the mother ship 300 may also be applied.
照明手段19は、第2水中航走体102の水中において艇体10の外部を照射する手段である。照明手段19は、航走体撮像手段22による撮像する際の照明として使用することができる。照明手段19から照射される光の波長は、光通信手段17による水中光通信で用いられ光の波長とは異なる波長とすることが好適である。これによって、照明手段19による照明と、光通信手段17による水中光通信との相互の干渉を抑制することができる。 The lighting means 19 is a means for illuminating the outside of the vessel hull 10 underwater in the second underwater vehicle 102. The lighting means 19 can be used as illumination when imaging by the vehicle imaging means 22. It is preferable that the wavelength of the light emitted from the lighting means 19 is different from the wavelength of the light used for underwater optical communication by the optical communication means 17. This makes it possible to suppress mutual interference between the illumination by the lighting means 19 and the underwater optical communication by the optical communication means 17.
照明手段19は、第2水中航走体102の艇体10において光通信手段17と反対側に配置することが好適である。すなわち、第1水中航走体100によって第2水中航走体102の映像を撮影しながら第2水中航走体102を追尾する場合、光通信手段17によって追尾を行っている第1水中航走体100と水中光通信を確立しながら、水中光通信とは反対側において照明手段19によって照明を当てながら水中を撮像することができる。これにより、照明手段19による照明と、光通信手段17による水中光通信との相互の干渉をより抑制することができる。 It is preferable to arrange the lighting means 19 on the side of the hull 10 of the second underwater vehicle 102 opposite the optical communication means 17. That is, when the first underwater vehicle 100 tracks the second underwater vehicle 102 while taking images of the second underwater vehicle 102, underwater images can be taken while illuminating the side opposite the underwater optical communication using the lighting means 19, while establishing underwater optical communication with the first underwater vehicle 100 that is being tracked using the optical communication means 17. This makes it possible to further suppress mutual interference between the illumination by the lighting means 19 and the underwater optical communication by the optical communication means 17.
航走体撮像手段22は、艇体10の外部を撮像するための構成要素を含んで構成される。航走体撮像手段22は、例えば、静止画像を撮像するためのカメラ、動画を撮像するためのビデオ等とすることができる。航走体撮像手段22で得られた画像や動画に関する画像情報(撮像データ)は記憶手段14に記憶される。また、航走体撮像手段22で得られた画像や動画に関する画像情報(撮像データ)は、光通信手段17を用いて第1水中航走体100へ送信される。 The watercraft imaging means 22 is configured to include components for imaging the outside of the vessel hull 10. The watercraft imaging means 22 can be, for example, a camera for capturing still images, a video for capturing video, etc. Image information (imaging data) relating to the images and videos obtained by the watercraft imaging means 22 is stored in the storage means 14. In addition, image information (imaging data) relating to the images and videos obtained by the watercraft imaging means 22 is transmitted to the first underwater vehicle 100 using the optical communication means 17.
なお、航走体撮像手段22を複数設けて、ステレオ視に基づいて艇体10と目標物との相対的な位置を取得できるようにしてもよい。当該相対的位置情報は、後述する航走体位置推定手段20における第2水中航走体102の自己位置の推定において誤差の修正に利用することができる。 In addition, multiple vehicle imaging means 22 may be provided to acquire the relative position between the vessel 10 and the target based on stereoscopic vision. This relative position information can be used to correct errors in estimating the self-position of the second underwater vehicle 102 by the vehicle position estimation means 20 described below.
航走体撮像手段22には、さらに光学フィルタ22aを設けてもよい。光学フィルタ22aは、光通信手段17による光通信に用いられる光の波長を減衰させるフィルタとすることが好適である。一般的には、照明手段19によって照射される光の波長より光通信手段17で用いられる光の波長は短いので、光学フィルタ22aは光通信手段17で用いられる光の波長より短波長側を減衰させる短波長カットフィルタとすることが好適である。光学フィルタ22aを設けることによって、航走体撮像手段22による撮像への水中光通信の光の影響を低減させることができる。なお、第2水中航走体102の艇体10において光通信手段17と照明手段19が反対側に配置され、光通信手段17と照明手段19の相互干渉が小さい場合には光学フィルタ22aは設けなくてもよい。 The vehicle imaging means 22 may further be provided with an optical filter 22a. The optical filter 22a is preferably a filter that attenuates the wavelength of light used for optical communication by the optical communication means 17. In general, the wavelength of light used by the optical communication means 17 is shorter than the wavelength of light irradiated by the illumination means 19, so the optical filter 22a is preferably a short-wavelength cut filter that attenuates the shorter wavelength side of the wavelength of light used by the optical communication means 17. By providing the optical filter 22a, the influence of the light of the underwater optical communication on the imaging by the vehicle imaging means 22 can be reduced. Note that the optical communication means 17 and the illumination means 19 are arranged on opposite sides in the hull 10 of the second underwater vehicle 102, and if the mutual interference between the optical communication means 17 and the illumination means 19 is small, the optical filter 22a may not be provided.
また、本実施の形態として第2水中航走体102に航走体撮像手段22を設けた構成としたが、水中における状況を第2水中航走体102において取得できる手段であればよい。例えば、音波や超音波を用いたソナーによって構造物や水底の形状等を取得するようにしてもよい。この場合、得られた情報は、記憶手段14に記憶されると共に、光通信手段17を用いて第1水中航走体100へ送信される。 In addition, in this embodiment, the second underwater vehicle 102 is provided with a vehicle imaging means 22, but any means capable of acquiring underwater conditions in the second underwater vehicle 102 may be used. For example, sonar using sound waves or ultrasonic waves may be used to acquire the shape of structures and the bottom of the water. In this case, the acquired information is stored in the memory means 14 and transmitted to the first underwater vehicle 100 using the optical communication means 17.
<水上中継機の構成>
本発明の実施の形態における水上中継機200は、図4の構成概念図に示すように、機体30、制御手段32、記憶手段34、通信手段36、中継機推進手段38、中継機位置計測手段40及び中継機撮像手段42を含んで構成される。水上中継機200は、例えば、自律型無人洋上中継機(ASV)であるが、これに限定されるものではない。
<Configuration of water repeater>
4, the water-based repeater 200 according to the embodiment of the present invention is configured to include an aircraft 30, a control means 32, a storage means 34, a communication means 36, a repeater propulsion means 38, a repeater position measurement means 40, and a repeater imaging means 42. The water-based repeater 200 is, for example, an autonomous unmanned sea-based repeater (ASV), but is not limited thereto.
機体30は、艇室等の空間を構成する密閉可能な構造体である。機体30は、金属や強化プラスチック等により構成され、水上中継機200の構成要素を機械的に支持する役割も果たす。 The aircraft body 30 is a sealable structure that forms a space such as a boat room. The aircraft body 30 is made of metal, reinforced plastic, etc., and also plays a role in mechanically supporting the components of the water-based repeater 200.
制御手段32は、水上中継機200における各種機能を制御するための手段である。制御手段32は、コンピュータにおけるCPU等とすることができる。制御手段32は、予め定められた制御プログラムを実行することによって水上中継機200に搭載された各手段を統合的に制御する。 The control means 32 is a means for controlling various functions in the water repeater 200. The control means 32 can be a CPU in a computer, etc. The control means 32 comprehensively controls each means installed in the water repeater 200 by executing a predetermined control program.
記憶手段34は、水上中継機200において利用される情報や水上中継機200の制御プログラムを記憶させておくための手段である。記憶手段34は、例えば、半導体メモリ、ハードディスク等とすることができる。 The storage means 34 is a means for storing information used in the water repeater 200 and the control program of the water repeater 200. The storage means 34 can be, for example, a semiconductor memory, a hard disk, etc.
記憶手段34には、水上中継機200の位置の制御において水上中継機200の目標の位置を示す情報が記憶される。目標位置は、例えば、目標緯度及び目標経度を含む初期位置及びウェイポイント(航走点)として記憶される。すなわち、水上中継機200の機体30が水上を航走する際の初期位置及び航走の経路を示すウェイポイントが設定及び記憶される。初期位置及びウェイポイントは、機体30が航走する目標となる水上の経路を離散的な座標点で順に表した情報である。 In the storage means 34, information indicating the target position of the water repeater 200 is stored when controlling the position of the water repeater 200. The target position is stored, for example, as an initial position including a target latitude and a target longitude, and a waypoint (sailing point). In other words, waypoints indicating the initial position and sailing route when the water repeater 200's body 30 sails on the water are set and stored. The initial position and waypoint are information that sequentially represents the water route that is the target sailing route of the body 30 with discrete coordinate points.
また、記憶手段34は、後述する中継機位置計測手段40において計測された水上中継機200の自己位置の情報を記憶する。また、記憶手段34は、後述する中継機撮像手段42において取得された画像情報を記憶する。 The storage means 34 also stores information on the self-position of the water repeater 200 measured by the repeater position measurement means 40 described later. The storage means 34 also stores image information acquired by the repeater imaging means 42 described later.
通信手段36は、水上中継機200と第1水中航走体100との間で情報を通信し、水上中継機200と母船300との間で情報を通信するための手段である。通信手段36は、情報伝送線24を介して第1水中航走体100から情報を受信し、情報伝送線24を介して情報を第1水中航走体100へ送信する。また、通信手段36は、無線通信器26を介して母船300から情報を受信し、無線通信器26を介して情報を母船300へ送信する。無線通信器26を用いた通信は、例えば、2.4GHzの周波数帯を用いたWi-Fiシステムとすることができる。ただし、これに限定されるものではなく、例えば、UHF通信、VHF通信、光通信、衛星通信等の無線通信としてもよい。 The communication means 36 is a means for communicating information between the surface repeater 200 and the first underwater vehicle 100, and for communicating information between the surface repeater 200 and the mother ship 300. The communication means 36 receives information from the first underwater vehicle 100 via the information transmission line 24, and transmits information to the first underwater vehicle 100 via the information transmission line 24. The communication means 36 also receives information from the mother ship 300 via the wireless communication device 26, and transmits information to the mother ship 300 via the wireless communication device 26. The communication using the wireless communication device 26 may be, for example, a Wi-Fi system using a frequency band of 2.4 GHz. However, this is not limited to this, and may be wireless communication such as UHF communication, VHF communication, optical communication, satellite communication, etc.
なお、母船300と水上中継機200との間を無線通信とすることで、有線通信を適用した場合に比べて第1水中航走体100及び水上中継機200の移動可能範囲を拡げることができる。 In addition, by using wireless communication between the mother ship 300 and the surface repeater 200, the range of movement of the first underwater vehicle 100 and the surface repeater 200 can be expanded compared to the case where wired communication is used.
また、通信手段36は、複数の水上中継機200の間で通信を中継できるマルチホップ通信(メッシュWi-Fi通信)が可能であることが好適である。例えば、水上中継機200-1と母船300との距離が遠くて通信が成立しない場合、水上中継機200-1と母船300との間に位置する別の水上中継機200-2によって水上中継機200-1と母船300との通信を中継させてもよい。中継を担当する水上中継機200-2を中継に適した位置に移動させることによって、水上中継機200-1と母船300との通信をより確実に設立させることができる。 The communication means 36 is preferably capable of multi-hop communication (mesh Wi-Fi communication) that can relay communication between multiple water repeaters 200. For example, if the distance between the water repeater 200-1 and the mother ship 300 is too far for communication to be established, the communication between the water repeater 200-1 and the mother ship 300 may be relayed by another water repeater 200-2 located between the water repeater 200-1 and the mother ship 300. By moving the water repeater 200-2 in charge of relaying to a position suitable for relaying, communication between the water repeater 200-1 and the mother ship 300 can be more reliably established.
中継機推進手段38は、機体30を推進させるための駆動力を発生させ、機体30を左右方向に旋回(回頭)させるための手段である。例えば、機体30の前後左右上下にそれぞれ個別の中継機推進手段38を設けておき、左右にそれぞれ個別の中継機推進手段38を設けておき、垂直舵に依らず、左右の中継機推進手段38の推力のバランスを調整することにより機体30を左右方向に旋回(回頭)させる。なお、駆動力発生のための機構として主推進器駆動モータ、プロペラ、回転軸等を含んで構成される。主推進器駆動モータは、機体30に対して駆動力を与えるためのモータである。主推進器駆動モータは、電池からの電力によって、制御手段32からの駆動制御信号に応じた回転数及びトルクで中継機推進手段38の回転軸を回転駆動させる。これにより、駆動軸に接続されたプロペラが回転されて機体30に推進力が与えられる。また、中継機推進手段38は、例えば、機体30を左右方向に旋回(回頭)させるための舵を含む。垂直舵を機体30に対して右又は左に傾けることによって、機体30を左又は右に回頭させることができる。垂直舵は、垂直舵駆動モータによって回転させることができる。垂直舵駆動モータは、制御手段32からの垂直舵制御信号に応じた角度になるように垂直舵を回転駆動させる。 The repeater propulsion means 38 is a means for generating a driving force for propelling the aircraft 30 and for turning (turning) the aircraft 30 in the left-right direction. For example, separate repeater propulsion means 38 are provided on the front, rear, left, right, top and bottom of the aircraft 30, and separate repeater propulsion means 38 are provided on the left and right, and the aircraft 30 is turned (turned) in the left-right direction by adjusting the balance of the thrust of the left and right repeater propulsion means 38 without relying on a vertical rudder. In addition, the main propulsion motor is configured to include a main propulsion motor, a propeller, a rotating shaft, etc. as a mechanism for generating driving force. The main propulsion motor is a motor for providing driving force to the aircraft 30. The main propulsion motor rotates the rotating shaft of the repeater propulsion means 38 with a rotation speed and torque according to a drive control signal from the control means 32 by power from a battery. As a result, the propeller connected to the drive shaft is rotated to provide a propulsive force to the aircraft 30. The repeater propulsion means 38 also includes, for example, a rudder for turning (turning) the aircraft 30 in the left-right direction. By tilting the vertical rudder to the right or left relative to the aircraft 30, the aircraft 30 can be turned to the left or right. The vertical rudder can be rotated by a vertical rudder drive motor. The vertical rudder drive motor rotates and drives the vertical rudder to an angle according to the vertical rudder control signal from the control means 32.
中継機位置計測手段40は、水上における機体30の現在位置を自己位置として計測するため構成要素を含んで構成される。中継機位置計測手段40は、例えば、プログラム可能なマイクロコンピュータによって実現することができる。中継機位置計測手段40で計測された水上中継機200の自己位置は制御手段32に入力される。制御手段32は、入力された水上中継機200の自己位置を記憶手段14に記憶させると共に、水上中継機200の位置の制御に利用する。 The repeater position measurement means 40 is configured to include components for measuring the current position of the aircraft 30 on the water as its own position. The repeater position measurement means 40 can be realized, for example, by a programmable microcomputer. The own position of the water repeater 200 measured by the repeater position measurement means 40 is input to the control means 32. The control means 32 stores the input own position of the water repeater 200 in the memory means 14 and uses it to control the position of the water repeater 200.
中継機位置計測手段40は、衛星測位システム(GNSS:Global Navigation Satellite System)の受信機40aを含む構成とすることができる。中継機位置計測手段40は、受信機40aによって受信されたGNSS信号に基づいて水上中継機200の現在の自己位置(水上位置)を計測する。計測された水上中継機200の自己位置は制御手段32に入力され、水上中継機200の位置の制御に利用される。また、中継機位置計測手段40は、姿勢方位基準装置(AHRS)を含む構成とすることができる。姿勢方位基準装置を用いて中継機位置計測手段40で計測される水上中継機200の自己位置の補正することができる。 The repeater position measurement means 40 may be configured to include a receiver 40a of a global navigation satellite system (GNSS). The repeater position measurement means 40 measures the current self-position (position on water) of the water repeater 200 based on the GNSS signal received by the receiver 40a. The measured self-position of the water repeater 200 is input to the control means 32 and used to control the position of the water repeater 200. The repeater position measurement means 40 may also be configured to include an attitude and heading reference system (AHRS). The attitude and heading reference system can be used to correct the self-position of the water repeater 200 measured by the repeater position measurement means 40.
中継機撮像手段42は、機体30の外部を撮像するための構成要素を含んで構成される。中継機撮像手段42は、例えば、静止画像を撮像するためのカメラ、動画を撮像するためのビデオ等とすることができる。中継機撮像手段42は、水上を撮影するための水上カメラと水中を撮像するための水中カメラを備えることが好適である。水上カメラでは、水上における水上中継機200の周囲の水域を撮像することができる。水中カメラでは、水中における水上中継機200の周囲の水域を撮像することができる。水中カメラでは、例えば、水上中継機200と第1水中航走体100とを繋ぐ情報伝送線24を撮像することができる。中継機撮像手段42で得られた画像や動画に関する画像情報(撮像データ)は記憶手段34に記憶される。また、中継機撮像手段42で得られた画像や動画に関する画像情報(撮像データ)は、通信手段36を用いて無線通信器26を介して母船300へリアルタイムで送信される。 The repeater imaging means 42 is configured to include components for imaging the outside of the aircraft 30. The repeater imaging means 42 can be, for example, a camera for capturing still images, a video for capturing videos, etc. The repeater imaging means 42 is preferably equipped with a surface camera for capturing images on the water and an underwater camera for capturing images underwater. The surface camera can capture images of the water area surrounding the surface repeater 200 on the water. The underwater camera can capture images of the water area surrounding the surface repeater 200 underwater. The underwater camera can capture images of, for example, the information transmission line 24 connecting the surface repeater 200 and the first underwater vehicle 100. Image information (imaging data) relating to images and videos obtained by the repeater imaging means 42 is stored in the storage means 34. In addition, image information (imaging data) relating to images and videos obtained by the repeater imaging means 42 is transmitted in real time to the mother ship 300 via the wireless communication device 26 using the communication means 36.
中継機位置計測手段40で計測された自己位置に基づいて機体30の航走制御が行われる。制御手段32は、記憶手段34に予め設定されたウェイポイントを順に読み出し、当該ウェイポイントと中継機位置計測手段40で計測された機体30の自己位置との差が小さくなるように中継機推進手段38を制御する。 The navigation of the aircraft 30 is controlled based on its own position measured by the repeater position measurement means 40. The control means 32 sequentially reads out waypoints that have been preset in the storage means 34, and controls the repeater propulsion means 38 so as to reduce the difference between the waypoint and the own position of the aircraft 30 measured by the repeater position measurement means 40.
中継機推進手段38の制御は、艇体運動モデルに基づいて行ってもよい。艇体運動モデルは、ASVダイナミクスとも呼ばれ、水上における機体30の運動性能を表す運動方程式からなる。具体的には、中継機推進手段38の応答特性や機体30の移動特性等に基づいて制御を行うようにしてもよい。 The control of the relay propulsion means 38 may be performed based on a hull motion model. The hull motion model is also called ASV dynamics and consists of a motion equation that represents the motion performance of the aircraft 30 on the water. Specifically, control may be performed based on the response characteristics of the relay propulsion means 38 and the movement characteristics of the aircraft 30.
なお、水上中継機200の航行は、上記のようなウェイポイントを用いたウェイポイント(WP:Way Point)航行モードに限定されるものではない。例えば、自己位置推定と水上中継機200の周辺の環境地図の作成とを組み合わせたSLAM(Simultaneous Localization and Mapping)航行モードを適用してもよい。また、母船300に乗船したオペレータによる操作に基づく遠隔操作航行モードを適用してもよい。 The navigation of the water repeater 200 is not limited to the waypoint (WP) navigation mode using the above-mentioned waypoints. For example, a SLAM (Simultaneous Localization and Mapping) navigation mode that combines self-position estimation and the creation of an environmental map of the surroundings of the water repeater 200 may be applied. A remote-operated navigation mode based on the operation by an operator on board the mother ship 300 may also be applied.
なお、水上中継機200は、第1水中航走体100の移動に連れて並走するようにしてもよい。水上中継機200と第1水中航走体100とが情報伝送線24によって有線接続されている場合、第1水中航走体100が移動すると情報伝送線24によって水上中継機200が引っ張られることによっても水上中継機200を第1水中航走体100に連動させることができる。 The surface repeater 200 may run parallel to the first underwater vehicle 100 as it moves. If the surface repeater 200 and the first underwater vehicle 100 are wired via an information transmission line 24, the surface repeater 200 can be linked to the first underwater vehicle 100 by being pulled by the information transmission line 24 as the first underwater vehicle 100 moves.
<母船の構成>
本発明の実施の形態における母船300は、第1水中航走体100、第2水中航走体102及び水上中継機200の基地となる船舶である。母船300は、図5の構成概念図に示すように、艇体50、測位手段52、位置設定手段54、画像表示手段56、操作手段58、連結手段60及び通信手段62を含んで構成される。
<Mother ship configuration>
The mother ship 300 in the embodiment of the present invention is a vessel that serves as a base for the first underwater vehicle 100, the second underwater vehicle 102, and the water relay device 200. As shown in the conceptual configuration diagram of Figure 5, the mother ship 300 is configured to include a boat body 50, a positioning means 52, a position setting means 54, an image display means 56, an operation means 58, a connection means 60, and a communication means 62.
艇体50は、母船300の空間を構成する構造体である。艇体50は、金属や強化プラスチック等により構成され、母船300の構成要素を機械的に支持する役割も果たす。また、艇体50には母船300を移動させるための航走手段を設けてもよい。なお、母船300の代わりに陸上に配置された基地局とする場合、艇体50を設ける必要はない。また、母船300の代わりに空中を飛行する飛行体とする場合、艇体50の代わりに飛行体の機体としてもよい。 The hull 50 is a structure that constitutes the space of the mother ship 300. The hull 50 is made of metal, reinforced plastic, etc., and also plays a role in mechanically supporting the components of the mother ship 300. The hull 50 may also be provided with a navigation means for moving the mother ship 300. If a base station located on land is used instead of the mother ship 300, it is not necessary to provide the hull 50. If an aircraft flying in the air is used instead of the mother ship 300, the hull 50 may be used instead of the aircraft body.
測位手段52は、母船300の現在位置を取得するための装置を含んで構成される。測位手段52は、例えば、衛星測位システム(GNSS:Global Navigation Satellite System)等の測位手段とすることができる。ただし、これに限定されるものではなく、陸上に配置されている基準点からの距離及び方位に応じて母船300の位置を測位できる構成としてもよい。 The positioning means 52 includes a device for acquiring the current position of the mother ship 300. The positioning means 52 can be, for example, a positioning means such as a global navigation satellite system (GNSS). However, the positioning means 52 is not limited to this, and may be configured to be able to measure the position of the mother ship 300 according to the distance and direction from a reference point located on land.
位置設定手段54は、測位手段52による測位の情報を第1水中航走体100、第2水中航走体102及び水上中継機200に設定するための手段である。位置設定手段54は、測位手段52によって得られた母船300の測位の情報を第1水中航走体100及び第2水中航走体102の航走体位置推定手段20に初期位置の情報として設定する。すなわち、母船300に第1水中航走体100及び第2水中航走体102が搭載されている状態において、測位手段52による測位位置の情報を航走体位置推定手段20に第1水中航走体100及び第2水中航走体102の初期位置として設定する。また、位置設定手段54は、第1水中航走体100及び第2水中航走体102の航走体位置推定手段20にウェイポイントを設定するためにも使用される。また、位置設定手段54は、水上中継機200の中継機位置計測手段40にウェイポイントを設定するためにも使用される。 The position setting means 54 is a means for setting the positioning information by the positioning means 52 to the first underwater vehicle 100, the second underwater vehicle 102, and the water relay device 200. The position setting means 54 sets the positioning information of the mother ship 300 obtained by the positioning means 52 as initial position information in the vehicle position estimation means 20 of the first underwater vehicle 100 and the second underwater vehicle 102. That is, when the first underwater vehicle 100 and the second underwater vehicle 102 are mounted on the mother ship 300, the positioning information by the positioning means 52 is set in the vehicle position estimation means 20 as the initial position of the first underwater vehicle 100 and the second underwater vehicle 102. The position setting means 54 is also used to set waypoints in the vehicle position estimation means 20 of the first underwater vehicle 100 and the second underwater vehicle 102. The position setting means 54 is also used to set waypoints in the repeater position measurement means 40 of the water repeater 200.
画像表示手段56、操作手段58及び連結手段60は、母船300における監視手段を構成する。監視手段は、第1水中航走体100の位置、第2水中航走体102の位置、水上中継機200の位置及び第1水中航走体100と水上中継機200の相対的な位置及び第1水中航走体100と第2水中航走体102の相対的な位置を監視すると共にこれらの位置を修正するために用いられる。 The image display means 56, the operation means 58 and the connection means 60 constitute a monitoring means in the mother ship 300. The monitoring means is used to monitor the position of the first underwater vehicle 100, the position of the second underwater vehicle 102, the position of the surface repeater 200, and the relative positions of the first underwater vehicle 100 and the surface repeater 200, and the relative positions of the first underwater vehicle 100 and the second underwater vehicle 102, and to correct these positions.
画像表示手段56は、第1水中航走体100及び第2水中航走体102の航走体撮像手段22において撮像された映像を表示する装置を含む。すなわち、画像表示手段56は、第1水中航走体100及び第2水中航走体102から取得された画像情報に基づいて、第1水中航走体100及び第2水中航走体102の航走体撮像手段22において撮像された水中の画像を表示する。母船300の搭乗者は、画像表示手段56に表示された画像を観ることによって、第1水中航走体100及び第2水中航走体102が撮像した画像を確認することができる。 The image display means 56 includes a device for displaying images captured by the vehicle imaging means 22 of the first underwater vehicle 100 and the second underwater vehicle 102. That is, the image display means 56 displays underwater images captured by the vehicle imaging means 22 of the first underwater vehicle 100 and the second underwater vehicle 102 based on image information acquired from the first underwater vehicle 100 and the second underwater vehicle 102. By viewing the images displayed on the image display means 56, passengers on the mother ship 300 can confirm the images captured by the first underwater vehicle 100 and the second underwater vehicle 102.
また、画像表示手段56は、水上中継機200の中継機撮像手段42において撮像された映像を表示する装置を含む。画像表示手段56は、例えば、ディスプレイを含むことができる。すなわち、画像表示手段56は、水上中継機200から取得された画像情報に基づいて、水上中継機200の中継機撮像手段42において撮像された水中又は/及び水上の画像を表示する。母船300の搭乗者は、画像表示手段56に表示された画像を観ることによって、水上中継機200が撮像した画像を確認することができる。 The image display means 56 also includes a device for displaying images captured by the repeater imaging means 42 of the water repeater 200. The image display means 56 can include, for example, a display. That is, the image display means 56 displays underwater and/or surface images captured by the repeater imaging means 42 of the water repeater 200 based on image information acquired from the water repeater 200. Passengers on the mother ship 300 can check the images captured by the water repeater 200 by viewing the images displayed on the image display means 56.
なお、画像表示手段56は、第1水中航走体100、第2水中航走体102及び水上中継機200に対してそれぞれ別々に設けてもよいし、切替スイッチ等によって第1水中航走体100、第2水中航走体102及び水上中継機200を切り替えられる構成としてもよい。 The image display means 56 may be provided separately for each of the first underwater vehicle 100, the second underwater vehicle 102, and the surface repeater 200, or may be configured to be able to switch between the first underwater vehicle 100, the second underwater vehicle 102, and the surface repeater 200 using a selector switch or the like.
操作手段58は、第1水中航走体100及び第2水中航走体102の位置を修正する操作を行う手段を含む。操作手段58は、例えば、第1水中航走体100及び第2水中航走体102の位置を修正するためのジョイスティックやマウス等のポインティングデバイスを含んで構成することができる。母船300に搭乗している管理者が操作手段58を操作することによって、連結手段60において第1水中航走体100及び第2水中航走体102を移動させるための水中航走体修正情報が生成される。 The operation means 58 includes a means for performing an operation to correct the positions of the first underwater vehicle 100 and the second underwater vehicle 102. The operation means 58 can be configured to include, for example, a pointing device such as a joystick or a mouse for correcting the positions of the first underwater vehicle 100 and the second underwater vehicle 102. When an administrator on board the mother ship 300 operates the operation means 58, underwater vehicle correction information for moving the first underwater vehicle 100 and the second underwater vehicle 102 in the connection means 60 is generated.
また、操作手段58は、水上中継機200の位置を修正する操作を行う手段を含む。操作手段58は、例えば、水上中継機200の位置を修正するためのジョイスティックやマウス等のポインティングデバイスを含んで構成することができる。母船300に搭乗している管理者が操作手段58を操作することによって、連結手段60において水上中継機200を移動させるための水上中継機修正情報が生成される。 The operating means 58 also includes a means for performing an operation to correct the position of the water repeater 200. The operating means 58 can be configured to include, for example, a pointing device such as a joystick or a mouse for correcting the position of the water repeater 200. When an administrator on board the mother ship 300 operates the operating means 58, water repeater correction information for moving the water repeater 200 in the connecting means 60 is generated.
また、操作手段58は、第1水中航走体100、第2水中航走体102及び水上中継機200によって撮像される映像の調整を行う手段を含む。例えば、母船300に搭乗している管理者が操作手段58を操作することによって、第1水中航走体100及び第2水中航走体102の航走体撮像手段22並びに水上中継機200の中継機撮像手段42に対して撮像点検対象物との距離、角度、画角及び照明等の撮像条件を設定することができる。 The operating means 58 also includes a means for adjusting the images captured by the first underwater vehicle 100, the second underwater vehicle 102, and the surface repeater 200. For example, an administrator on board the mother ship 300 can operate the operating means 58 to set imaging conditions such as the distance, angle, angle of view, and lighting from the object to be imaged and inspected for the vehicle imaging means 22 of the first underwater vehicle 100 and the second underwater vehicle 102 and the repeater imaging means 42 of the surface repeater 200.
なお、操作手段58は、第1水中航走体100、第2水中航走体102及び水上中継機200に対して別々に設けてもよいし、切替スイッチ等によって第1水中航走体100、第2水中航走体102及び水上中継機200を切り替えられる構成としてもよい。 The operating means 58 may be provided separately for the first underwater vehicle 100, the second underwater vehicle 102, and the surface repeater 200, or may be configured to switch between the first underwater vehicle 100, the second underwater vehicle 102, and the surface repeater 200 using a selector switch or the like.
連結手段60は、画像表示手段56に表示されている画像と操作手段58によって操作される第1水中航走体100に対する水中航走体修正情報、第2水中航走体102に対する水中航走体修正情報及び水上中継機200に対する水上中継機修正情報とを連結させるための手段である。連結手段60は、例えば、プログラム可能なマイクロコンピュータによって実現することができる。マイクロコンピュータは、画像表示手段56及び操作手段58を制御するための制御装置と共通としてもよい。 The linking means 60 is a means for linking the image displayed on the image display means 56 with underwater vehicle correction information for the first underwater vehicle 100 operated by the operation means 58, underwater vehicle correction information for the second underwater vehicle 102, and surface repeater correction information for the surface repeater 200. The linking means 60 can be realized, for example, by a programmable microcomputer. The microcomputer may be common to the control device for controlling the image display means 56 and the operation means 58.
連結手段60は、操作手段58の操作量に応じて第1水中航走体100の航走体位置推定手段20で推定された自己位置情報を修正するための水中航走体修正情報を生成する。連結手段60は、操作手段58の操作量が大きい程、第1水中航走体100の自己位置情報の修正量が大きくなるような水中航走体修正情報を生成する。また、連結手段60は、操作手段58の操作量に応じて第2水中航走体102の航走体位置推定手段20で推定された自己位置情報を修正するための水中航走体修正情報を生成する。連結手段60は、操作手段58の操作量が大きい程、第2水中航走体102の自己位置情報の修正量が大きくなるような水中航走体修正情報を生成する。また、連結手段60は、操作手段58の操作量に応じて水上中継機200の中継機位置計測手段40で計測された自己位置情報を修正するための水上中継機修正情報を生成する。連結手段60は、操作手段58の操作量が大きい程、水上中継機200の自己位置情報の修正量が大きくなるような水上中継機修正情報を生成する。 The connecting means 60 generates underwater vehicle correction information for correcting the self-position information estimated by the vehicle position estimation means 20 of the first underwater vehicle 100 according to the amount of operation of the operating means 58. The connecting means 60 generates underwater vehicle correction information such that the amount of correction of the self-position information of the first underwater vehicle 100 increases as the amount of operation of the operating means 58 increases. The connecting means 60 also generates underwater vehicle correction information for correcting the self-position information estimated by the vehicle position estimation means 20 of the second underwater vehicle 102 according to the amount of operation of the operating means 58. The connecting means 60 generates underwater vehicle correction information such that the amount of correction of the self-position information of the second underwater vehicle 102 increases as the amount of operation of the operating means 58 increases. The connecting means 60 also generates underwater repeater correction information for correcting the self-position information measured by the repeater position measurement means 40 of the underwater repeater 200 according to the amount of operation of the operating means 58. The connecting means 60 generates water repeater correction information such that the greater the amount of operation of the operating means 58, the greater the amount of correction to the self-position information of the water repeater 200.
例えば、操作手段58がジョイスティックやマウス等のポインティングデバイスである場合、その操作量と方向に基づいて当該方向に向けて当該操作量に対応する距離だけ第1水中航走体100を移動させるように水中航走体修正情報を生成する。また、例えば、操作手段58がジョイスティックやマウス等のポインティングデバイスである場合、その操作量と方向に基づいて当該方向に向けて当該操作量に対応する距離だけ第2水中航走体102を移動させるように水中航走体修正情報を生成する。また、例えば、操作手段58がジョイスティックやマウス等のポインティングデバイスである場合、その操作量と方向に基づいて当該方向に向けて当該操作量に対応する距離だけ水上中継機200を移動させるように水上中継機修正情報を生成する。また、例えば、操作手段58が画像表示手段56と一体化されたタッチパネルである場合、画像表示手段56に表示された目標位置を画面内で移動(スワイプ)させた操作量と方向に基づいて第1水中航走体100を当該方向と反対の方向(目標位置を撮像画像内で移動させた方向に第1水中航走体100が移動する方向)に向けて当該操作量に対応する距離だけ第1水中航走体100を移動させるように水中航走体修正情報を生成する。操作量に対する第1水中航走体100の移動距離の修正量の関係は予め設定しておけばよい。また、例えば、操作手段58が画像表示手段56と一体化されたタッチパネルである場合、画像表示手段56に表示された目標位置を画面内で移動(スワイプ)させた操作量と方向に基づいて第2水中航走体102を当該方向と反対の方向(目標位置を撮像画像内で移動させた方向に第2水中航走体102が移動する方向)に向けて当該操作量に対応する距離だけ第2水中航走体102を移動させるように水中航走体修正情報を生成する。操作量に対する第2水中航走体102の移動距離の修正量の関係は予め設定しておけばよい。また、例えば、操作手段58が画像表示手段56と一体化されたタッチパネルである場合、画像表示手段56に表示された目標位置を画面内で移動(スワイプ)させた操作量と方向に基づいて水上中継機200を当該方向と反対の方向(目標位置を撮像画像内で移動させた方向に水上中継機200が移動する方向)に向けて当該操作量に対応する距離だけ水上中継機200を移動させるように水上中継機修正情報を生成する。操作量に対する水上中継機200の移動距離の修正量の関係は予め設定しておけばよい。 For example, if the operating means 58 is a pointing device such as a joystick or a mouse, underwater vehicle correction information is generated based on the amount and direction of the operation to move the first underwater vehicle 100 in that direction a distance corresponding to the amount of operation. Also, for example, if the operating means 58 is a pointing device such as a joystick or a mouse, underwater vehicle correction information is generated based on the amount and direction of the operation to move the second underwater vehicle 102 in that direction a distance corresponding to the amount of operation. Also, for example, if the operating means 58 is a pointing device such as a joystick or a mouse, underwater repeater correction information is generated based on the amount and direction of the operation to move the underwater repeater 200 in that direction a distance corresponding to the amount of operation. Also, for example, if the operation means 58 is a touch panel integrated with the image display means 56, then underwater vehicle correction information is generated based on the amount and direction of operation by which the target position displayed on the image display means 56 is moved (swiped) on the screen, so as to move the first underwater vehicle 100 in the opposite direction (the direction in which the first underwater vehicle 100 moves in the direction in which the target position is moved in the captured image) a distance corresponding to the amount of operation. The relationship of the amount of correction of the movement distance of the first underwater vehicle 100 to the amount of operation may be set in advance. Also, for example, when the operation means 58 is a touch panel integrated with the image display means 56, underwater vehicle correction information is generated based on the amount and direction of operation by which the target position displayed on the image display means 56 is moved (swiped) within the screen, so that the second underwater vehicle 102 is moved in the opposite direction (the direction in which the second underwater vehicle 102 moves in the direction in which the target position is moved within the captured image) by a distance corresponding to the amount of operation. The relationship of the correction amount of the movement distance of the second underwater vehicle 102 to the amount of operation may be set in advance. Also, for example, when the operation means 58 is a touch panel integrated with the image display means 56, underwater repeater correction information is generated based on the amount and direction of operation by which the target position displayed on the image display means 56 is moved (swiped) within the screen, so that the water repeater 200 is moved in the opposite direction (the direction in which the water repeater 200 moves in the direction in which the target position is moved within the captured image) by a distance corresponding to the amount of operation. The relationship between the amount of operation and the amount of correction for the distance traveled by the water repeater 200 can be set in advance.
これによって、画面内に表示されている目標位置に対して第1水中航走体100、第2水中航走体102及び水上中継機200に移動させ、正しい位置に臨ませることができる。また、画面内に表示されている目標位置に対して第1水中航走体100、第2水中航走体102及び水上中継機200をリアルタイムに移動させることができる。 This allows the first underwater vehicle 100, the second underwater vehicle 102, and the surface repeater 200 to move to the target position displayed on the screen and face the correct position. Also, the first underwater vehicle 100, the second underwater vehicle 102, and the surface repeater 200 can be moved in real time to the target position displayed on the screen.
通信手段62は、水上中継機200から母船300へ送信されてくる情報を受信したり、母船300から水上中継機200へ情報を送信したりするための装置を含んで構成される。本実施の形態では、水上中継機200を介して第1水中航走体100及び第2水中航走体102と母船300との間の通信が行われるので、母船300は水上中継機200の通信を行う無線通信手段として利用される。水上中継機200の通信が無線で行われる場合、通信手段62は、電波等の通信方法を用いた無線通信のための装置を含む。具体的には、例えば、WiFi通信、UHF通信、衛星通信等の無線通信装置を含めばよい。 The communication means 62 includes a device for receiving information transmitted from the surface repeater 200 to the mother ship 300 and transmitting information from the mother ship 300 to the surface repeater 200. In this embodiment, communication between the first underwater vehicle 100 and the second underwater vehicle 102 and the mother ship 300 is performed via the surface repeater 200, so the mother ship 300 is used as a wireless communication means for communication of the surface repeater 200. When communication of the surface repeater 200 is performed wirelessly, the communication means 62 includes a device for wireless communication using a communication method such as radio waves. Specifically, it may include a wireless communication device such as WiFi communication, UHF communication, satellite communication, etc.
なお、本実施の形態では、管理者による操作手段58の操作に基づいて連結手段60にて水中航走体修正情報及び水上中継機修正情報を生成する態様としたが、管理者の操作に依らず連結手段60(又は操作手段58)において自動的に水中航走体修正情報及び水上中継機修正情報を生成するようにしてもよい。 In this embodiment, the underwater vehicle correction information and the surface repeater correction information are generated by the connection means 60 based on the operation of the operation means 58 by the administrator, but the underwater vehicle correction information and the surface repeater correction information may be generated automatically by the connection means 60 (or the operation means 58) without being dependent on the operation of the administrator.
例えば、第2水中航走体102から送信されてきた撮像画像を画像処理して、目標物(例えば、検査や修理の対象となる構造体)の特徴(形状、色等)から画像内において目標物が表示されている目標位置を特定し、当該目標位置が撮像画像の中心に位置するように第2水中航走体102を移動させるための水中航走体修正情報を生成するようにしてもよい。すなわち、画像内において画像の中心位置から現在の目標位置のずれの方向及び大きさに基づいて当該方向に向けて当該ずれ量に対応する距離だけ第2水中航走体102を移動させるように水中航走体修正情報を生成してもよい。同様に、例えば、第1水中航走体100から送信されてきた撮像画像を画像処理して、目標物(例えば、追従する第2水中航走体102)の特徴(形状、色等)から画像内において目標物が表示されている目標位置を特定し、当該目標位置が撮像画像の中心に位置するように第1水中航走体100を移動させるための水中航走体修正情報を生成するようにしてもよい。すなわち、画像内において画像の中心位置から現在の目標位置のずれの方向及び大きさに基づいて当該方向に向けて当該ずれ量に対応する距離だけ第1水中航走体100を移動させるように水中航走体修正情報を生成してもよい。また、水上中継機200から送信されてきた撮像画像を画像処理して、目標物(例えば、追従する第1水中航走体100)の特徴(形状、色等)から画像内において目標物が表示されている目標位置を特定し、当該目標位置が撮像画像の中心に位置するように水上中継機200を移動させるための水上中継機修正情報を生成するようにしてもよい。すなわち、画像内において画像の中心位置から現在の目標位置のずれの方向及び大きさに基づいて当該方向に向けて当該ずれ量に対応する距離だけ水上中継機200を移動させるように水上中継機修正情報を生成してもよい。 For example, the captured image transmitted from the second underwater vehicle 102 may be image-processed to identify the target position where the target is displayed in the image based on the characteristics (shape, color, etc.) of the target (e.g., a structure to be inspected or repaired), and underwater vehicle correction information may be generated for moving the second underwater vehicle 102 so that the target position is located at the center of the captured image. That is, underwater vehicle correction information may be generated to move the second underwater vehicle 102 in the image by a distance corresponding to the amount of deviation in the direction based on the direction and magnitude of the deviation of the current target position from the center position of the image. Similarly, for example, the captured image transmitted from the first underwater vehicle 100 may be image-processed to identify the target position where the target is displayed in the image based on the characteristics (shape, color, etc.) of the target (e.g., the second underwater vehicle 102 to be followed), and underwater vehicle correction information may be generated for moving the first underwater vehicle 100 so that the target position is located at the center of the captured image. That is, underwater vehicle correction information may be generated so as to move the first underwater vehicle 100 in the direction corresponding to the amount of deviation based on the direction and magnitude of deviation of the current target position from the center position of the image in the image. Also, the captured image transmitted from the water repeater 200 may be image processed to identify the target position where the target is displayed in the image from the characteristics (shape, color, etc.) of the target (e.g., the first underwater vehicle 100 to be followed), and water repeater correction information may be generated to move the water repeater 200 so that the target position is located at the center of the captured image. That is, underwater repeater correction information may be generated so as to move the water repeater 200 in the direction corresponding to the amount of deviation based on the direction and magnitude of deviation of the current target position from the center position of the image in the image.
このとき、撮像画像内における目標物の大きさに基づいて第1水中航走体100、第2水中航走体102及び水上中継機200と目標物との距離を求め、当該距離に応じて水中航走体修正情報や水上中継機修正情報を修正する量を調整するようにしてもよい。 At this time, the distance between the first underwater vehicle 100, the second underwater vehicle 102, and the surface repeater 200 and the target may be calculated based on the size of the target in the captured image, and the amount of correction to the underwater vehicle correction information and the surface repeater correction information may be adjusted according to the distance.
なお、連結手段60(又は操作手段58)において自動的に水中航走体修正情報や水上中継機修正情報を生成する場合、画像表示手段56に撮像画像を表示させることによって管理者に状況を把握させる必要がないので、画像表示手段56に実態としての画像を表示しないようにしてもよい。 When the underwater vehicle correction information or the surface repeater correction information is automatically generated in the connection means 60 (or the operation means 58), it is not necessary to have the administrator understand the situation by displaying the captured image on the image display means 56, so the image display means 56 may not display the actual image.
[水中航走体及び水上中継機の投入及び運用時の処理]
以下、図6のフローチャートを参照して、第1水中航走体100、第2水中航走体102及び水上中継機200の投入及び運用時の処理について説明する。本実施の形態では、水上の母船300から第1水中航走体100、第2水中航走体102及び水上中継機200を投入し、水中にある点検対象物を検査する処理について説明する。
[Processing during launch and operation of underwater vehicles and surface repeaters]
6, the process of deploying and operating the first underwater vehicle 100, the second underwater vehicle 102, and the surface repeater 200 will be described. In this embodiment, the process of deploying the first underwater vehicle 100, the second underwater vehicle 102, and the surface repeater 200 from the mother ship 300 on the water and inspecting an inspection object in the water will be described.
なお、以下では、点検対象物を周囲に線状構造部を有した洋上風力発電設備を点検する例について説明するが、点検対象物はこれに限定されるものではない。また、行う作業も点検に限定されるものでなく、水上及び水中における他の作業等を行うようにしてもよい。 In the following, an example of inspecting an offshore wind power generation facility with linear structures around it will be described, but the object to be inspected is not limited to this. Furthermore, the work to be performed is not limited to inspection, and other work on and underwater may also be performed.
ステップS10では、母船300から第1水中航走体100及び第2水中航走体102を水中に投入する作業が行われる。当該ステップは、航走体投入ステップに相当する。投入時において、第1水中航走体100の握持手段23によって第2水中航走体102を保有した状態で投入を行う。 In step S10, the first underwater vehicle 100 and the second underwater vehicle 102 are launched into the water from the mother ship 300. This step corresponds to the launching step. When launching, the second underwater vehicle 102 is held by the gripping means 23 of the first underwater vehicle 100.
なお、当該ステップにおいて、第1水中航走体100及び第2水中航走体102における深度(高度)及び速度の計測値が妥当な値であるか否かの判定を行ってもよい。第1水中航走体100の航走体位置推定手段20及び第2水中航走体102の航走体位置推定手段20の水中位置の推定値において深度(高度)及び速度の推定値が妥当な値であるか否かが確認される。妥当な値でなければ、第1水中航走体100又は第2水中航走体102の航走体位置推定手段20の設定及び調整を行うことが好適である。 In this step, it may be determined whether the measured values of depth (altitude) and speed of the first underwater vehicle 100 and the second underwater vehicle 102 are valid. It is confirmed whether the estimated values of depth (altitude) and speed in the underwater position estimates of the vehicle position estimation means 20 of the first underwater vehicle 100 and the vehicle position estimation means 20 of the second underwater vehicle 102 are valid. If the values are not valid, it is preferable to configure and adjust the vehicle position estimation means 20 of the first underwater vehicle 100 or the second underwater vehicle 102.
ステップS12では、母船300から水上中継機200を投入する作業が行われる。当該ステップは、中継機投入ステップに相当する。水上中継機200を水上に投入して水平位置(緯度及び経度)を所定の位置に保持する。また、当該ステップにおいて、中継機撮像手段42による水中の撮像を行い、撮像処理及び撮像画像の送受信処理が適切に実行できるかを確認してもよい。 In step S12, the water repeater 200 is launched from the mother ship 300. This step corresponds to the repeater launching step. The water repeater 200 is launched onto the water and its horizontal position (latitude and longitude) is maintained at a predetermined position. In this step, underwater imaging may also be performed by the repeater imaging means 42 to check whether imaging processing and transmission and reception processing of the captured images can be performed properly.
ステップS14では、第1水中航走体100と水上中継機200を互いに鉛直な位置に臨ませる処理が行われる。当該ステップは、鉛直位置確保ステップに相当する。まず、第1水中航走体100を水中に降下させる。そして、第1水中航走体100と水上中継機200の鉛直位置関係を確認する処理が行われる。母船300において、水上中継機200を介して第1水中航走体100から送信されてくる自己位置における水平位置(緯度及び経度)と水上中継機200から送信されてくる自己位置における水平位置(緯度及び経度)から第1水中航走体100と水上中継機200とが互いに鉛直な位置関係にあるか否かが判定される。ここで、鉛直な位置関係とは、水中にある第1水中航走体100と水上にある水上中継機200とが互いに鉛直な位置にあることを意味する。ただし、第1水中航走体100と水上中継機200とが完全に鉛直な位置関係にある必要はなく、情報伝送線24の余裕等に応じて第1水中航走体100及び水上中継機200の航走や処理の障害とならない程度に略鉛直な位置関係にあればよい。第1水中航走体100と水上中継機200が鉛直な位置関係になければ、母船300の操作手段58を用いて、第1水中航走体100及び水上中継機200に対して互いに鉛直な位置関係となるように操作を行う。 In step S14, a process is performed to make the first underwater vehicle 100 and the surface repeater 200 face each other in a vertical position. This step corresponds to a vertical position securing step. First, the first underwater vehicle 100 is lowered into the water. Then, a process is performed to confirm the vertical positional relationship between the first underwater vehicle 100 and the surface repeater 200. In the mother ship 300, it is determined whether the first underwater vehicle 100 and the surface repeater 200 are in a vertical positional relationship with each other from the horizontal position (latitude and longitude) at the self-position transmitted from the first underwater vehicle 100 via the surface repeater 200 and the horizontal position (latitude and longitude) at the self-position transmitted from the surface repeater 200. Here, the vertical positional relationship means that the first underwater vehicle 100 in the water and the surface repeater 200 on the water are in a vertical position with each other. However, the first underwater vehicle 100 and the surface repeater 200 do not need to be in a completely vertical positional relationship, and may be approximately vertical to the extent that they do not impede the navigation or processing of the first underwater vehicle 100 and the surface repeater 200, depending on the margin of the information transmission line 24. If the first underwater vehicle 100 and the surface repeater 200 are not in a vertical positional relationship, the operating means 58 of the mother ship 300 is used to operate the first underwater vehicle 100 and the surface repeater 200 so that they are in a vertical positional relationship with each other.
ステップS16では、水上中継機200の位置情報を第1水中航走体100の初期位置の位置情報として設定する処理が行われる。当該ステップは、初期位置入力ステップに相当する。第1水中航走体100と水上中継機200とが略鉛直な位置に保持された状態において、母船300は水上中継機200の自己位置(緯度及び経度)を取得し、水上中継機200の自己位置(緯度及び経度)を第1水中航走体100へ送信する。第1水中航走体100は、水上中継機200の自己位置(緯度及び経度)を初期位置(緯度及び経度)として設定する。 In step S16, a process is performed to set the position information of the surface repeater 200 as the position information of the initial position of the first underwater vehicle 100. This step corresponds to an initial position input step. With the first underwater vehicle 100 and the surface repeater 200 held in a substantially vertical position, the mother ship 300 acquires the self-position (latitude and longitude) of the surface repeater 200 and transmits the self-position (latitude and longitude) of the surface repeater 200 to the first underwater vehicle 100. The first underwater vehicle 100 sets the self-position (latitude and longitude) of the surface repeater 200 as the initial position (latitude and longitude).
以上のように、母船300から第1水中航走体100、第2水中航走体102及び水上中継機200を投入する処理が実現される。なお、本実施の形態では、母船300から第1水中航走体100及び水上中継機200を投入する処理を行う態様について説明したが、母船300に代えて陸上や他の浮体上から第1水中航走体100、第2水中航走体102及び水上中継機200を投入する態様としてもよい。 As described above, the process of launching the first underwater vehicle 100, the second underwater vehicle 102, and the surface repeater 200 from the mother ship 300 is realized. Note that in this embodiment, the mode of performing the process of launching the first underwater vehicle 100 and the surface repeater 200 from the mother ship 300 has been described, but the first underwater vehicle 100, the second underwater vehicle 102, and the surface repeater 200 may be launched from land or another floating body instead of the mother ship 300.
ステップS18では、母船300から水上中継機200へ目標位置の情報が送信される。当該ステップは、目標位置設定ステップに相当する。オペレータの操作等によって、母船300の位置設定手段54によって水上中継機200の目標位置となる初期位置及びウェイポイントの情報が設定され、母船300の通信手段62及び水上中継機200の通信手段36を介して水上中継機200に対して目標位置の設定が行われる。目標位置の情報は、記憶手段34に記憶される。具体的には、水上中継機200に搭載された無線通信器26を用いた無線通信によって水上中継機200に目標位置の設定が行われる。水上中継機200の目標位置は、初期位置及びウェイポイントを示す目標緯度及び目標経度の情報を含む。 In step S18, information on the target position is transmitted from the mother ship 300 to the water repeater 200. This step corresponds to a target position setting step. The position setting means 54 of the mother ship 300 sets the initial position and waypoint information that will be the target position of the water repeater 200 by the operation of the operator, etc., and the target position is set for the water repeater 200 via the communication means 62 of the mother ship 300 and the communication means 36 of the water repeater 200. The target position information is stored in the storage means 34. Specifically, the target position is set for the water repeater 200 by wireless communication using the wireless communication device 26 mounted on the water repeater 200. The target position of the water repeater 200 includes information on the target latitude and target longitude that indicate the initial position and the waypoint.
ステップS20では、第1水中航走体100への目標位置の入力が行われる。当該ステップは、目標位置入力ステップに相当する。水上中継機200を介して母船300から第1水中航走体100へ目標位置の情報が送信される。オペレータの操作等によって、母船300の位置設定手段54によって第1水中航走体100の目標位置となる初期位置及びウェイポイントの情報が設定され、母船300の通信手段62、水上中継機200の通信手段36を介して水上中継機200に当該目標位置が送信される。さらに、水上中継機200の通信手段36及び第1水中航走体100の通信手段16を介して水上中継機200から第1水中航走体100へ当該目標位置が入力される。具体的には、水上中継機200と第1水中航走体100とを接続する情報伝送線24を用いた有線通信によって第1水中航走体100に目標位置が入力される。目標位置の情報は、記憶手段14に記憶される。第1水中航走体100の目標位置は、初期位置及びウェイポイントを示す目標緯度、目標経度及び目標深度の情報を含む。 In step S20, the target position is input to the first underwater vehicle 100. This step corresponds to the target position input step. Target position information is transmitted from the mother ship 300 to the first underwater vehicle 100 via the surface repeater 200. The initial position and waypoint information that will be the target position of the first underwater vehicle 100 is set by the position setting means 54 of the mother ship 300 through the operation of the operator, etc., and the target position is transmitted to the surface repeater 200 via the communication means 62 of the mother ship 300 and the communication means 36 of the surface repeater 200. Furthermore, the target position is input from the surface repeater 200 to the first underwater vehicle 100 via the communication means 36 of the surface repeater 200 and the communication means 16 of the first underwater vehicle 100. Specifically, the target position is input to the first underwater vehicle 100 by wired communication using the information transmission line 24 that connects the surface repeater 200 and the first underwater vehicle 100. The target position information is stored in the storage means 14. The target position of the first underwater vehicle 100 includes information on the target latitude, target longitude, and target depth that indicate the initial position and the waypoint.
ステップS22では、第1水中航走体100及び水上中継機200の航行の制御が行われる。当該ステップは、航走制御ステップに相当する。 In step S22, the navigation of the first underwater vehicle 100 and the water relay device 200 is controlled. This step corresponds to the navigation control step.
水上中継機200の制御手段32は、記憶手段34に記憶されている初期位置及びウェイポイントを所定の周期毎に順に読み出して現在の目標位置とし、水上中継機200を移動させる処理を行う。 The control means 32 of the water repeater 200 sequentially reads out the initial position and waypoints stored in the storage means 34 at a predetermined interval, sets them as the current target position, and performs processing to move the water repeater 200.
まず、水上中継機200において位置の計測が行われる。水上中継機200では、衛星測位システム(GNSS)等を含む中継機位置計測手段40によって機体30の現在の位置が計測される。そして、水上中継機200が現在の目標位置の到達範囲にあるか否かを判定する処理が行われる。制御手段32は、中継機位置計測手段40から機体30の現在の位置を取得し、現在の位置が現在の目標位置から所定の到達範囲内にあるか否かを判定する。到達範囲は、現在の目標位置からある程度広がった範囲に設定することができ、例えば、現在の目標位置から所定の半径の円内に設定される。現在の位置が現在の目標位置から所定の到達範囲内にあれば後述する第1水中航走体100及び水上中継機200を目標位置に維持する処理を実行する。 First, the position is measured by the water repeater 200. In the water repeater 200, the current position of the aircraft 30 is measured by the repeater position measurement means 40, which includes a global navigation satellite system (GNSS) and the like. Then, a process is performed to determine whether the water repeater 200 is within the reach of the current target position. The control means 32 acquires the current position of the aircraft 30 from the repeater position measurement means 40, and determines whether the current position is within a predetermined reach from the current target position. The reach can be set to a range that is somewhat expanded from the current target position, for example, within a circle of a predetermined radius from the current target position. If the current position is within the predetermined reach from the current target position, a process is performed to maintain the first underwater vehicle 100 and the water repeater 200 at the target position, as described below.
現在の位置が現在の目標位置から所定の到達範囲内になければ、水上中継機200の航走方向の方位が計測される。水上中継機200では、姿勢方位基準装置(AHRS)等を含む中継機位置計測手段40によって機体30の現在の航走方向の方位が計測される。その後、水上中継機200を現在の目標位置に向けて航走させる処理が行われる。水上中継機200の制御手段32は、計測された現在の位置と計測された現在の方位に基づいて、水上中継機200を現在の目標位置へ移動させるように目標進行方向及び目標速度を決定する。そして、制御手段32は、水上中継機200が目標進行方向に対して目標速度で移動するように中継機推進手段38を制御することによって現在の目標位置に向けて水上中継機200を航走させる。 If the current position is not within a predetermined reach from the current target position, the heading of the water repeater 200's sailing direction is measured. In the water repeater 200, the current sailing direction of the aircraft 30 is measured by the repeater position measurement means 40, which includes an attitude heading reference system (AHRS) and the like. Then, a process is performed to sail the water repeater 200 toward the current target position. The control means 32 of the water repeater 200 determines the target traveling direction and target speed to move the water repeater 200 to the current target position based on the measured current position and the measured current heading. Then, the control means 32 sails the water repeater 200 toward the current target position by controlling the repeater propulsion means 38 so that the water repeater 200 moves at the target speed in the target traveling direction.
第1水中航走体100の制御手段12は、記憶手段14に記憶されている初期位置及びウェイポイントを所定の周期毎に順に読み出して現在の目標位置とし、第1水中航走体100を移動させる処理を行う。 The control means 12 of the first underwater vehicle 100 sequentially reads out the initial position and waypoints stored in the memory means 14 at a predetermined cycle, sets them as the current target position, and performs processing to move the first underwater vehicle 100.
まず、第1水中航走体100において位置の計測が行われる。第1水中航走体100では、航走体位置推定手段20によって初期位置からの移動に基づいて艇体10の現在の位置が推定される。そして、第1水中航走体100が現在の目標位置の到達範囲にあるか否かを判定する処理が行われる。制御手段12は、航走体位置推定手段20から艇体10の現在の位置の推定値を取得し、現在の位置の推定値が現在の目標位置から所定の到達範囲内にあるか否かを判定する。到達範囲は、現在の目標位置からある程度広がった範囲に設定することができ、例えば、現在の目標位置から所定の半径の球内に設定される。現在の位置が現在の目標位置から所定の到達範囲内にあれば後述する第1水中航走体100及び水上中継機200を目標位置に維持する処理を実行する。 First, the position is measured in the first underwater vehicle 100. In the first underwater vehicle 100, the vehicle position estimation means 20 estimates the current position of the hull 10 based on the movement from the initial position. Then, a process is performed to determine whether the first underwater vehicle 100 is within the reach of the current target position. The control means 12 obtains an estimate of the current position of the hull 10 from the vehicle position estimation means 20, and determines whether the estimate of the current position is within a predetermined reach from the current target position. The reach can be set to a range that is somewhat expanded from the current target position, for example, within a sphere of a predetermined radius from the current target position. If the current position is within the predetermined reach from the current target position, a process is performed to maintain the first underwater vehicle 100 and the water relay device 200 at the target position, which will be described later.
現在の位置が現在の目標位置から所定の到達範囲内になければ、第1水中航走体100の航走方向の方位が計測される。第1水中航走体100では、姿勢方位基準装置(AHRS)等を含む航走体位置推定手段20によって艇体10の現在の航走方向の方位が計測される。続いて、第1水中航走体100を現在の目標位置に向けて航走させる処理が行われる。第1水中航走体100の制御手段12は、推定された現在の位置と計測された現在の方位に基づいて、第1水中航走体100を現在の目標位置へ移動させるように目標進行方向及び目標速度を決定する。そして、制御手段12は、第1水中航走体100が目標進行方向に対して目標速度で移動するように航走手段18を制御することによって現在の目標位置に向けて第1水中航走体100を航走させる。 If the current position is not within a predetermined reach from the current target position, the heading of the sailing direction of the first underwater vehicle 100 is measured. In the first underwater vehicle 100, the heading of the current sailing direction of the hull 10 is measured by the vessel position estimation means 20, which includes an attitude heading reference system (AHRS) and the like. Next, a process is performed to sail the first underwater vehicle 100 toward the current target position. The control means 12 of the first underwater vehicle 100 determines a target traveling direction and a target speed to move the first underwater vehicle 100 to the current target position based on the estimated current position and the measured current heading. Then, the control means 12 sails the first underwater vehicle 100 toward the current target position by controlling the sailing means 18 so that the first underwater vehicle 100 moves at the target speed in the target traveling direction.
なお、第1水中航走体100の目標速度は、水上中継機200の目標速度と一致させるようにしてもよい。これにより、第1水中航走体100と水上中継機200とが同じ速度で航走することになり、航走時においても第1水中航走体100と水上中継機200とを略鉛直な位置関係に維持することができる。ただし、第1水中航走体100と水上中継機200と間の距離が離れたとしても、情報伝送線24によってより速く航走している方がより遅く航走している方を引っ張ることになり、第1水中航走体100と水上中継機200との略鉛直な位置関係は大きくずれることはない。 The target speed of the first underwater vehicle 100 may be set to match the target speed of the surface repeater 200. This allows the first underwater vehicle 100 and the surface repeater 200 to travel at the same speed, and allows the first underwater vehicle 100 and the surface repeater 200 to maintain an approximately vertical positional relationship even when traveling. However, even if the distance between the first underwater vehicle 100 and the surface repeater 200 increases, the faster one will pull the slower one through the information transmission line 24, and the approximately vertical positional relationship between the first underwater vehicle 100 and the surface repeater 200 will not shift significantly.
第1水中航走体100及び水上中継機200を目標位置に維持する処理は以下のように行われる。第1水中航走体100及び水上中継機200が共に目標位置に到達して位置を保持しているか否かが判定される。水上中継機200が目標位置の到達範囲内にあることが確認され、第1水中航走体100が目標位置の到達範囲内にあることが確認されたうえで、水上中継機200及び第1水中航走体100が共に目標位置を維持しているか否かが判定される。第1水中航走体100及び水上中継機200が共に目標位置を維持している場合には航走処理を終了する。水上中継機200が目標位置を維持していない場合には、水上中継機200が目標位置を維持するように制御を行う。第1水中航走体100が目標位置を維持していない場合には第1水中航走体100が目標位置を維持するように制御を行う。 The process of maintaining the first underwater vehicle 100 and the surface repeater 200 at the target position is performed as follows. It is determined whether the first underwater vehicle 100 and the surface repeater 200 have both reached the target position and are maintaining the position. It is confirmed that the surface repeater 200 is within the reach of the target position, and after it is confirmed that the first underwater vehicle 100 is within the reach of the target position, it is determined whether the surface repeater 200 and the first underwater vehicle 100 are both maintaining the target position. If the first underwater vehicle 100 and the surface repeater 200 are both maintaining the target position, the navigation process is terminated. If the surface repeater 200 is not maintaining the target position, control is performed so that the surface repeater 200 maintains the target position. If the first underwater vehicle 100 is not maintaining the target position, control is performed so that the first underwater vehicle 100 maintains the target position.
なお、第1水中航走体100及び水上中継機200が目標位置に到達した後、第1水中航走体100を操作することによって移動させる際、水上中継機200は第1水中航走体100の水平位置(緯度及び経度)に追従する第1水中航走体100の追尾モードに設定する。例えば、情報伝送線の余裕がなくなった場合に、第1水中航走体100の航走体位置推定手段20にて推定された自己位置(緯度及び経度)が水上中継機200へ送信され、当該推定された自己位置(緯度及び経度)を目標位置として中継機位置計測手段40で計測された自己位置が当該目標位置に近づくように水上中継機200を航走させればよい。 When the first underwater vehicle 100 and the surface repeater 200 reach the target position and are moved by operating the first underwater vehicle 100, the surface repeater 200 is set to a tracking mode for the first underwater vehicle 100, which tracks the horizontal position (latitude and longitude) of the first underwater vehicle 100. For example, when there is no room in the information transmission line, the self-position (latitude and longitude) estimated by the vehicle position estimation means 20 of the first underwater vehicle 100 is transmitted to the surface repeater 200, and the surface repeater 200 is caused to sail so that the self-position measured by the repeater position measurement means 40 approaches the target position with the estimated self-position (latitude and longitude) as the target position.
ただし、第1水中航走体100の航走に伴って水上中継機200が過度に敏感に動き回ることを防ぐために、第1水中航走体100の水平位置(緯度及び経度)と水上中継機200の水平位置(緯度及び経度)の間の距離に許容範囲を設定してもよい。例えば、第1水中航走体100の水平位置(緯度及び経度)と水上中継機200の水平位置(緯度及び経度)の間の距離が5m以内であれば水上中継機200が第1水中航走体100を追尾しないように設定すればよい。 However, in order to prevent the surface repeater 200 from moving around too sensitively as the first underwater vehicle 100 sails, a tolerance may be set for the distance between the horizontal position (latitude and longitude) of the first underwater vehicle 100 and the horizontal position (latitude and longitude) of the surface repeater 200. For example, if the distance between the horizontal position (latitude and longitude) of the first underwater vehicle 100 and the horizontal position (latitude and longitude) of the surface repeater 200 is within 5 m, the surface repeater 200 may be set not to track the first underwater vehicle 100.
ステップS24では、第2水中航走体102を開放する処理が行われる。当該ステップは、航走体開放ステップに相当する。ステップS22において、第1水中航走体100及び水上中継機200が目標緯度及び目標経度に到達し、第1水中航走体100が目標深度に到達すると、第1水中航走体100から第2水中航走体102が開放される。オペレータの操作等によって、母船300から水上中継機200及び情報伝送線24を介して第1水中航走体100に対して握持手段23を解除して第2水中航走体102を開放するように指示が送信される。第1水中航走体100は、当該指示を受信すると、握持手段23を解除して第2水中航走体102を水中にて開放する。 In step S24, a process of releasing the second underwater vehicle 102 is performed. This step corresponds to a vehicle releasing step. In step S22, when the first underwater vehicle 100 and the surface repeater 200 reach the target latitude and target longitude, and the first underwater vehicle 100 reaches the target depth, the second underwater vehicle 102 is released from the first underwater vehicle 100. An instruction to release the gripping means 23 and release the second underwater vehicle 102 is transmitted from the mother ship 300 to the first underwater vehicle 100 via the surface repeater 200 and the information transmission line 24 by an operator's operation or the like. When the first underwater vehicle 100 receives the instruction, it releases the gripping means 23 and releases the second underwater vehicle 102 underwater.
ステップS26では、点検対象物の点検が行われる。当該ステップは、点検ステップに相当する。ステップS22において第1水中航走体100から開放された第2水中航走体102を点検対象物に接近させ、第2水中航走体102の航走体撮像手段22を用いて点検対象物の映像を撮像する。このとき、第2水中航走体102の照明手段19を用いて点検対象物を明るく照らした状態で撮像することができる。また、オペレータは、母船300の操作手段58を用いて、第2水中航走体102に対して点検対象物との距離、角度、画角及び照明等の撮像条件を設定することができる。 In step S26, the inspection object is inspected. This step corresponds to the inspection step. The second underwater vehicle 102, which was released from the first underwater vehicle 100 in step S22, is brought close to the inspection object, and an image of the inspection object is captured using the vehicle imaging means 22 of the second underwater vehicle 102. At this time, the inspection object can be captured in a brightly lit state using the lighting means 19 of the second underwater vehicle 102. In addition, the operator can use the operation means 58 of the mother ship 300 to set imaging conditions such as the distance, angle, angle of view, and lighting from the inspection object for the second underwater vehicle 102.
撮像された映像の情報は、第2水中航走体102の光通信手段17と第1水中航走体100の光通信手段17を用いて、第2水中航走体102から第1水中航走体100へ送信される。また、映像の情報は、情報伝送線24を介して第1水中航走体100から水上中継機200へ転送され、さらに無線通信器26を介して水上中継機200から母船300へ転送される。このようにして、第2水中航走体102において撮像された映像が第2水中航走体102から母船300へリアルタイムで送信される。 The captured image information is transmitted from the second underwater vehicle 102 to the first underwater vehicle 100 using the optical communication means 17 of the second underwater vehicle 102 and the optical communication means 17 of the first underwater vehicle 100. The image information is also transferred from the first underwater vehicle 100 to the surface repeater 200 via the information transmission line 24, and is further transferred from the surface repeater 200 to the mother ship 300 via the wireless communication device 26. In this way, the image captured by the second underwater vehicle 102 is transmitted from the second underwater vehicle 102 to the mother ship 300 in real time.
また、オペレータは、母船300の操作手段58を用いて、第2水中航走体102の航走を制御することができる。オペレータは、第2水中航走体102で撮像された映像を母船300の画像表示手段56によって確認しながら、操作手段58を操作することによって、第2水中航走体102の位置を修正することができる。すなわち、母船300から第2水中航走体102に対して水中航走体修正情報を送信することによって第2水中航走体102の水平位置(緯度及び経度)及び深度(高度)を所望の位置に修正する。 The operator can also use the operating means 58 of the mother ship 300 to control the sailing of the second underwater vehicle 102. The operator can correct the position of the second underwater vehicle 102 by operating the operating means 58 while checking the image captured by the second underwater vehicle 102 on the image display means 56 of the mother ship 300. That is, the horizontal position (latitude and longitude) and depth (altitude) of the second underwater vehicle 102 are corrected to the desired position by transmitting underwater vehicle correction information from the mother ship 300 to the second underwater vehicle 102.
なお、第2水中航走体102の航走制御は、第2水中航走体102に対して航走の目標位置となるウェイポイントを設定することによって行ってもよい。すなわち、母船300の位置設定手段54によって第2水中航走体102の目標位置となるウェイポイントの情報が設定され、水上中継機200及び第1水中航走体100を介して第2水中航走体102に当該情報を設定する。第2水中航走体102は、設定されたウェイポイントを所定の周期毎に順次読み出して顕在の目標位置とし、第2水中航走体102を移動させる処理を行う。 The navigation control of the second underwater vehicle 102 may be performed by setting waypoints that are the target positions for navigation for the second underwater vehicle 102. That is, the position setting means 54 of the mother ship 300 sets information on waypoints that are the target positions for the second underwater vehicle 102, and the information is set in the second underwater vehicle 102 via the surface repeater 200 and the first underwater vehicle 100. The second underwater vehicle 102 sequentially reads out the set waypoints at a predetermined cycle, sets them as actual target positions, and performs processing to move the second underwater vehicle 102.
ここで、第2水中航走体102は、第1水中航走体100に対してケーブルレスであるので、海底から係留索によって繋がれ、電力線が付設された洋上風力発電設備のような周囲に線状構造部を有する点検対象物であっても情報伝送線24等が絡まったり、引っ掛かったりすることなく点検や作業を行うことができる。 Here, the second underwater vehicle 102 is cable-free relative to the first underwater vehicle 100, so even if the object to be inspected has linear structures around it, such as an offshore wind power generation facility that is tethered to the seabed by mooring lines and has power lines attached, inspection and work can be carried out without the information transmission lines 24 etc. becoming tangled or caught.
ステップS28では、第1水中航走体100及び水上中継機200による追尾制御が行われる。当該ステップは、追尾ステップに相当する。ステップS26において第2水中航走体102による点検対象物の撮像が行われると共に、第1水中航走体100の航走体撮像手段22によって第2水中航走体102の映像を撮像する。このとき、第1水中航走体100の照明手段19を用いて第2水中航走体102を明るく照らした状態で撮像することができる。また、オペレータは、母船300の操作手段58を用いて、第1水中航走体100に対して第2水中航走体102との距離、角度、画角及び照明等の撮像条件を設定することができる。 In step S28, tracking control is performed by the first underwater vehicle 100 and the surface relay device 200. This step corresponds to a tracking step. In step S26, the second underwater vehicle 102 captures an image of the inspection object, and the vehicle imaging means 22 of the first underwater vehicle 100 captures an image of the second underwater vehicle 102. At this time, the second underwater vehicle 102 can be captured in a brightly illuminated state using the lighting means 19 of the first underwater vehicle 100. In addition, the operator can use the operation means 58 of the mother ship 300 to set imaging conditions such as the distance, angle, angle of view, and lighting between the first underwater vehicle 100 and the second underwater vehicle 102.
撮像された映像の情報は、情報伝送線24を介して第1水中航走体100から水上中継機200へ送信される。さらに、無線通信器26を介して水上中継機200から母船300へ転送される。このようにして、第1水中航走体100において撮像された映像が第1水中航走体100から母船300へリアルタイムで送信される。オペレータは、母船300の操作手段58を用いて、第1水中航走体100が第2水中航走体102を追尾するように制御することができる。オペレータは、第1水中航走体100で撮像された映像を母船300の画像表示手段56によって確認しながら、操作手段58を操作することによって、第1水中航走体100の位置を修正することができる。すなわち、母船300から第1水中航走体100に対して水中航走体修正情報を送信することによって第1水中航走体100が第2水中航走体102に対して所定の距離範囲内及び所定の相対方位範囲内を保ちながら追尾するように水平位置(緯度及び経度)及び深度(高度)を所望の位置に修正する。 The captured image information is transmitted from the first underwater vehicle 100 to the surface repeater 200 via the information transmission line 24. It is further transferred from the surface repeater 200 to the mother ship 300 via the wireless communication device 26. In this way, the image captured by the first underwater vehicle 100 is transmitted in real time from the first underwater vehicle 100 to the mother ship 300. The operator can use the operation means 58 of the mother ship 300 to control the first underwater vehicle 100 to track the second underwater vehicle 102. The operator can correct the position of the first underwater vehicle 100 by operating the operation means 58 while checking the image captured by the first underwater vehicle 100 on the image display means 56 of the mother ship 300. That is, by transmitting underwater vehicle correction information from the mother ship 300 to the first underwater vehicle 100, the horizontal position (latitude and longitude) and depth (altitude) are corrected to the desired position so that the first underwater vehicle 100 tracks the second underwater vehicle 102 while remaining within a specified distance range and a specified relative orientation range.
ここで、第1水中航走体100と水上中継機200とを繋ぐ情報伝送線24が水中の点検対象物と干渉しないように第1水中航走体100を移動させる。また、第1水中航走体100からみた第2水中航走体102が点検対象物の物陰に隠れてしまわないように、第1水中航走体100を位置させることが好適である。 Here, the first underwater vehicle 100 is moved so that the information transmission line 24 connecting the first underwater vehicle 100 and the surface relay device 200 does not interfere with the underwater inspection object. In addition, it is preferable to position the first underwater vehicle 100 so that the second underwater vehicle 102 is not hidden behind the inspection object when viewed from the first underwater vehicle 100.
以上のように、第1水中航走体100は、情報伝送線24によって水上中継機200と高速の通信を確立しつつ、洋上風力発電設備のような点検対象物から離れて安全な位置で第2水中航走体102との光通信を行いながら第2水中航走体102を追尾することができる。 As described above, the first underwater vehicle 100 can establish high-speed communication with the surface repeater 200 via the information transmission line 24, while tracking the second underwater vehicle 102 while performing optical communication with the second underwater vehicle 102 from a safe location away from the object to be inspected, such as an offshore wind power generation facility.
さらに、必要に応じて、水上中継機200によって第1水中航走体100を追尾する制御が行われる。当該ステップは、中継機追従ステップに相当する。当該制御は、第1水中航走体100と水上中継機200とを繋ぐ情報伝送線24に余裕がなくなったとき、第1水中航走体100と水上中継機200が略鉛直な位置を保持できていないとき、略鉛直な位置を保持できているか否かが不明なとき等に実行される。 Furthermore, if necessary, the surface repeater 200 is controlled to track the first underwater vehicle 100. This step corresponds to the repeater tracking step. This control is executed when there is no room in the information transmission line 24 connecting the first underwater vehicle 100 and the surface repeater 200, when the first underwater vehicle 100 and the surface repeater 200 are unable to maintain a substantially vertical position, when it is unclear whether they are maintaining a substantially vertical position, etc.
母船300から水上中継機200へ撮像制御信号を送信することで、水上中継機200の中継機撮像手段42によって水上中継機200の近傍領域の水中が撮像される。撮像された映像は、水上中継機200から母船300へ送信され、当該画像が母船300の画像表示手段56に表示される。続いて、第1水中航走体100を確認可能か否かが判定される。母船300上のオペレータは、画像表示手段56に表示された画像において第1水中航走体100が確認できるか否かを判定する。画像において第1水中航走体100が確認できなかった場合、水上中継機200を介して母船300から第1水中航走体100へ上昇制御信号を送信し、第1水中航走体100を上昇させる処理が行われる。第1水中航走体100は、上昇制御信号を受信すると、水上中継機200によって撮像された映像に第1水中航走体100が確認できるまで第1水中航走体100を上昇させる。このとき、第1水中航走体100と共に第2水中航走体102を上昇させるようにしてもよい。 By transmitting an imaging control signal from the mother ship 300 to the surface repeater 200, the underwater area near the surface repeater 200 is imaged by the repeater imaging means 42 of the surface repeater 200. The captured image is transmitted from the surface repeater 200 to the mother ship 300, and the image is displayed on the image display means 56 of the mother ship 300. Next, it is determined whether the first underwater vehicle 100 can be confirmed. The operator on the mother ship 300 determines whether the first underwater vehicle 100 can be confirmed in the image displayed on the image display means 56. If the first underwater vehicle 100 cannot be confirmed in the image, a rise control signal is transmitted from the mother ship 300 to the first underwater vehicle 100 via the surface repeater 200, and a process of raising the first underwater vehicle 100 is performed. When the first underwater vehicle 100 receives the ascent control signal, it raises the first underwater vehicle 100 until the first underwater vehicle 100 can be seen in the image captured by the surface repeater 200. At this time, the second underwater vehicle 102 may be raised together with the first underwater vehicle 100.
画像において第1水中航走体100が確認できた場合、第1水中航走体100と水上中継機200とが適切な鉛直位置の関係にあるか否かが判定される。母船300上のオペレータは、画像表示手段56に表示された画像において第1水中航走体100と水上中継機200が略鉛直な位置関係にあるか否かを判定する。画像において第1水中航走体100と水上中継機200が略鉛直な位置関係になければ、水上中継機200を移動させて、第1水中航走体100と水上中継機200を略鉛直な位置関係に修正する処理が行われる。母船300において画像表示手段56に表示された画像を確認しながらオペレータが操作手段58を操作することによって水上中継機200へ移動制御信号が送信され、水上中継機200が第1水中航走体100に対して略鉛直な位置関係となるように水上中継機200を航走させる。その後、第1水中航走体100を目標深度に降下させる処理が行われる。このとき、第1水中航走体100と共に第2水中航走体102を移動及び下降させるようにしてもよい。 When the first underwater vehicle 100 can be confirmed in the image, it is determined whether the first underwater vehicle 100 and the surface repeater 200 are in an appropriate vertical positional relationship. The operator on the mother ship 300 determines whether the first underwater vehicle 100 and the surface repeater 200 are in an approximately vertical positional relationship in the image displayed on the image display means 56. If the first underwater vehicle 100 and the surface repeater 200 are not in an approximately vertical positional relationship in the image, the surface repeater 200 is moved and a process is performed to correct the first underwater vehicle 100 and the surface repeater 200 to an approximately vertical positional relationship. While checking the image displayed on the image display means 56 on the mother ship 300, the operator operates the operation means 58 to send a movement control signal to the surface repeater 200, and the surface repeater 200 is caused to sail so that the surface repeater 200 is in an approximately vertical positional relationship with the first underwater vehicle 100. Then, a process is performed to lower the first underwater vehicle 100 to the target depth. At this time, the second underwater vehicle 102 may be moved and lowered together with the first underwater vehicle 100.
また、必要に応じて、水上中継機200と母船300との通信を維持する制御が行われる。当該ステップは、中継機移動ステップに相当する。当該制御は、水上中継機200と母船300との無線通信が確立されなくなったときに実行される。 If necessary, control is performed to maintain communication between the water repeater 200 and the mother ship 300. This step corresponds to a repeater movement step. This control is executed when wireless communication between the water repeater 200 and the mother ship 300 is no longer established.
水上中継機200と母船300との無線通信の状況が悪化又は不能となると、ステップS16において入力された初期位置の情報に基づいて母船300へ近づくように水上中継機200を移動させる制御が行われる。 When the wireless communication conditions between the water-based repeater 200 and the mother ship 300 deteriorate or become impossible, control is performed to move the water-based repeater 200 closer to the mother ship 300 based on the initial position information input in step S16.
また、他の水上中継機200を介して、マルチホップ通信(メッシュWi-Fi通信)によって水上中継機200と母船300との通信が確立されるようにしてもよい。例えば、水上中継機200-1と母船300との距離が遠くて無線通信の状況が悪化又は不能となった場合、水上中継機200-1と母船300との間に位置する別の水上中継機200-2に対して母船300から移動の制御を行うことによって、水上中継機200-1と母船300との間に水上中継機200-2を移動させる。これによって、水上中継機200-2を中継して、水上中継機200-1と母船300との通信をより確実に設立させることができる。 Furthermore, communication between the water repeater 200 and the mother ship 300 may be established by multi-hop communication (mesh Wi-Fi communication) via another water repeater 200. For example, if the distance between the water repeater 200-1 and the mother ship 300 is long and wireless communication conditions deteriorate or become impossible, the mother ship 300 controls the movement of another water repeater 200-2 located between the water repeater 200-1 and the mother ship 300, thereby moving the water repeater 200-2 between the water repeater 200-1 and the mother ship 300. This makes it possible to more reliably establish communication between the water repeater 200-1 and the mother ship 300 by relaying through the water repeater 200-2.
ステップS30では、点検が終了したか否かの判定が行われる。当該ステップは、点検終了ステップに相当する。点検が終了していない場合、ステップS26に処理を戻し、第2水中航走体102による点検対象物の点検を継続する。点検を終了する場合、後述する揚収処理に移行させる。 In step S30, a determination is made as to whether or not the inspection has been completed. This step corresponds to the inspection completion step. If the inspection has not been completed, the process returns to step S26, and the second underwater vehicle 102 continues inspecting the inspection target. If the inspection is to be completed, the process proceeds to the recovery process described below.
以上のように、水上中継機と水中航走体との連結システムにおいて第1水中航走体100、第2水中航走体102及び水上中継機200の投入、航走、点検の処理が実現される。 As described above, the process of deploying, sailing, and inspecting the first underwater vehicle 100, the second underwater vehicle 102, and the surface repeater 200 is realized in the connection system between the surface repeater and the underwater vehicle.
[水中航走体及び水上中継機の揚収時の処理]
以下、図7のフローチャートを参照して、第1水中航走体100、第2水中航走体102及び水上中継機200の揚収時の処理について説明する。本実施の形態では、水中にある第1水中航走体100及び第2水中航走体102並びに水上にある水上中継機200を水上の母船300に揚収する処理について説明する。
[Processing when recovering underwater vehicles and surface repeaters]
7, a process for recovering the first underwater vehicle 100, the second underwater vehicle 102, and the surface repeater 200 will be described. In this embodiment, a process for recovering the first underwater vehicle 100 and the second underwater vehicle 102 in the water and the surface repeater 200 on the water to the mother ship 300 on the water will be described.
ステップS40では、第1水中航走体100によって第2水中航走体102を保有する処理が行われる。当該ステップは、航走体保有ステップに相当する。第2水中航走体102による点検対象物の点検が終了すると、オペレータは、母船300の操作手段58を用いて操作することによって、第2水中航走体102を第1水中航走体100の近傍まで移動させる。このとき、第1水中航走体100の航走体撮像手段22及び第2水中航走体102の航走体撮像手段22によって第1水中航走体100及び第2水中航走体102を互いに撮像し合い、撮像された映像が水上中継機200を介して母船300へ送信される。母船300では、当該画像が画像表示手段56に表示される。オペレータは、当該画像を確認しながら、第2水中航走体102が第1水中航走体100に近づくように第2水中航走体102を航走制御する。そして、第1水中航走体100の握持手段23によって第2水中航走体102を握持することで、第1水中航走体100に第2水中航走体102を保有させる。保有の形態は、握持すること以外にもドッキングすることや収容すること等、様々な形態をとり得る。第1水中航走体100に第2水中航走体102を保有させるには、第1水中航走体100よりも第2水中航走体102が小型であることが好適であり、複雑な形状の点検対象物や線状構造部を有する点検対象物を点検する上でも小型であることが好適である。 In step S40, the first underwater vehicle 100 carries out a process of holding the second underwater vehicle 102. This step corresponds to a vehicle holding step. When the inspection of the inspection object by the second underwater vehicle 102 is completed, the operator moves the second underwater vehicle 102 to the vicinity of the first underwater vehicle 100 by operating the operation means 58 of the mother ship 300. At this time, the first underwater vehicle 100 and the second underwater vehicle 102 are imaged by the vehicle imaging means 22 of the first underwater vehicle 100 and the vehicle imaging means 22 of the second underwater vehicle 102, and the captured images are transmitted to the mother ship 300 via the water relay device 200. In the mother ship 300, the image is displayed on the image display means 56. While checking the image, the operator controls the navigation of the second underwater vehicle 102 so that the second underwater vehicle 102 approaches the first underwater vehicle 100. Then, the second underwater vehicle 102 is held by the first underwater vehicle 100 by gripping it with the gripping means 23 of the first underwater vehicle 100. The holding form can take various forms such as docking or storage other than gripping. In order to have the first underwater vehicle 100 hold the second underwater vehicle 102, it is preferable that the second underwater vehicle 102 is smaller than the first underwater vehicle 100, and it is also preferable that the second underwater vehicle 102 is small when inspecting an inspection object with a complex shape or an inspection object with a linear structure.
ステップS42では、第1水中航走体100及び水上中継機200の記憶された初期位置を呼び出す処理が行われる。当該ステップは、初期位置呼出ステップに相当する。母船300と水上中継機200との間に無線通信によって、母船300から水上中継機200に対して初期位置へ戻るように指示が行われる。これに伴って、情報伝送線24を介して、水上中継機200から第1水中航走体100へと初期位置へ戻る指示が転送される。初期位置は、ステップS16において第1水中航走体100及び水上中継機200に入力され記憶された情報を用いるが、母船300の現在位置に基づいて第1水中航走体100及び水上中継機200に新たに設定するようにしてもよい。母船300が初期から移動している場合は、新たに設定された現在位置も解釈上は、初期位置に含めるものとする。 In step S42, a process is performed to call up the stored initial positions of the first underwater vehicle 100 and the surface repeater 200. This step corresponds to an initial position call step. The mother ship 300 instructs the surface repeater 200 to return to the initial position by wireless communication between the mother ship 300 and the surface repeater 200. Accordingly, an instruction to return to the initial position is transferred from the surface repeater 200 to the first underwater vehicle 100 via the information transmission line 24. The initial position uses the information input and stored in the first underwater vehicle 100 and the surface repeater 200 in step S16, but may be newly set in the first underwater vehicle 100 and the surface repeater 200 based on the current position of the mother ship 300. If the mother ship 300 has moved from the initial position, the newly set current position is also interpreted as being included in the initial position.
ステップS44では、第1水中航走体100及び水上中継機200を初期位置へ航行させる制御が行われる。当該ステップは、航走制御ステップに相当する。当該ステップは、第1水中航走体100及び水上中継機200の目標位置をステップS42において設定された初期位置に変更して上記ステップS22と同様に行うことができる。航走制御によって、第1水中航走体100、第1水中航走体100に保有された第2水中航走体102及び水上中継機200は母船300の近傍まで移動する。 In step S44, control is performed to navigate the first underwater vehicle 100 and the surface repeater 200 to their initial positions. This step corresponds to a navigation control step. This step can be performed in the same manner as step S22 above, by changing the target positions of the first underwater vehicle 100 and the surface repeater 200 to the initial positions set in step S42. Through the navigation control, the first underwater vehicle 100, the second underwater vehicle 102 held by the first underwater vehicle 100, and the surface repeater 200 move to the vicinity of the mother ship 300.
ステップS46では、第1水中航走体100、第2水中航走体102及び水上中継機200の揚収が行われる。当該ステップは、揚収ステップに相当する。まず、水上中継機200が母船300上に引き上げられる。さらに、水上中継機200と第1水中航走体100とを繋ぐ情報伝送線24を手繰ることによって、第1水中航走体100及び第1水中航走体100に保有された第2水中航走体102を母船300上に引き上げる。 In step S46, the first underwater vehicle 100, the second underwater vehicle 102, and the surface repeater 200 are lifted. This step corresponds to the lifting step. First, the surface repeater 200 is lifted onto the mother ship 300. Furthermore, by pulling the information transmission line 24 connecting the surface repeater 200 and the first underwater vehicle 100, the first underwater vehicle 100 and the second underwater vehicle 102 held by the first underwater vehicle 100 are lifted onto the mother ship 300.
以上のように、第1水中航走体100及び第2水中航走体102並びに水上にある水上中継機200を水上の母船300に揚収することができる。 As described above, the first underwater vehicle 100, the second underwater vehicle 102, and the surface relay aircraft 200 on the water can be lifted onto the mother ship 300 on the water.
本発明は、水中航走体における高精度の航走制御や目標物の監視等に適用することができる。すなわち、水中航走体と水上中継機との位置関係を保持しつつ水中航走体による水中の目標物の検査、監視、修繕等において作業効率を高めることができる。例えば、水底の環境調査(海草、海藻、珊瑚等)、水産資源調査(底生魚、貝類等)、水産設備検査(生け簀、魚礁等)、港湾設備の水中部分の検査(岸壁、防波堤等)、洋上風力発電設備の水中部分の検査、石油ガス設備の水底パイプライン検査、船底検査、ダム湖の水中部分の検査等に利用することができる。 The present invention can be applied to highly accurate navigation control of underwater vehicles and monitoring of targets. In other words, it can improve work efficiency in the inspection, monitoring, repair, etc. of underwater targets by the underwater vehicle while maintaining the positional relationship between the underwater vehicle and the surface repeater. For example, it can be used for bottom environmental surveys (seaweed, seaweed, coral, etc.), fishery resource surveys (demersal fish, shellfish, etc.), fishery equipment inspections (fish pens, fish reefs, etc.), inspection of the underwater parts of port facilities (quays, breakwaters, etc.), inspection of the underwater parts of offshore wind power generation facilities, underwater pipeline inspection of oil and gas facilities, ship bottom inspection, inspection of the underwater parts of dam lakes, etc.
10 艇体、12 制御手段、14 記憶手段、16 通信手段、17 光通信手段、18 航走手段、19 照明手段、20 航走体位置推定手段、22 航走体撮像手段、22a 光学フィルタ、23 握持手段、24 情報伝送線、26 無線通信器、30 機体、32 制御手段、34 記憶手段、36 通信手段、38 中継機推進手段、40 中継機位置計測手段、40a 受信機、42 中継機撮像手段、50 艇体、52 測位手段、54 位置設定手段、56 画像表示手段、58 操作手段、60 連結手段、62 通信手段、100 第1水中航走体、102 第2水中航走体、200 水上中継機、300 母船、400 ケーブル、500 点検対象物。
10 Vessel body, 12 Control means, 14 Memory means, 16 Communication means, 17 Optical communication means, 18 Navigation means, 19 Illumination means, 20 Vessel position estimation means, 22 Vessel imaging means, 22a Optical filter, 23 Gripping means, 24 Information transmission line, 26 Wireless communication device, 30 Aircraft body, 32 Control means, 34 Memory means, 36 Communication means, 38 Repeater propulsion means, 40 Repeater position measurement means, 40a Receiver, 42 Repeater imaging means, 50 Vessel body, 52 Positioning means, 54 Position setting means, 56 Image display means, 58 Operation means, 60 Connection means, 62 Communication means, 100 First underwater vehicle, 102 Second underwater vehicle, 200 Surface repeater, 300 Mother ship, 400 Cable, 500 Inspection object.
Claims (23)
航走体位置推定手段を有した第1水中航走体と、
前記点検対象物を撮像するための撮像手段を有した第2水中航走体と、
前記撮像手段で撮像した画像情報を水中光通信により前記第1水中航走体に送信する前記第2水中航走体に設けた光送信手段と、
前記第1水中航走体に設けた前記画像情報を受信する光受信手段と、
中継機推進手段と中継機位置計測手段を有し水面近傍を移動可能な水上中継機と、
前記第1水中航走体と前記水上中継機とを連結し前記第1水中航走体で受信した前記画像情報の伝送を行う情報伝送線と、
前記第2水中航走体と前記第1水中航走体と前記水上中継機とを制御する制御手段とを備え、
前記制御手段が、前記第1水中航走体を前記第2水中航走体と所定の距離範囲内及び所定の相対方位範囲内を保ちながら追尾させるとともに、前記水上中継機と前記情報伝送線と前記第1水中航走体を介して前記第2水中航走体に指示を伝えることで前記点検対象物を撮像する制御を行うことを特徴とする拡張可能な水中航走体-水上中継機連結システム。 An underwater vehicle-surface repeater connection system having an expandable underwater vehicle for inspecting an underwater inspection object, comprising:
a first underwater vehicle having a vehicle position estimation means;
a second underwater vehicle having an imaging means for imaging the inspection object;
an optical transmission means provided in the second underwater vehicle for transmitting image information captured by the imaging means to the first underwater vehicle by underwater optical communication;
an optical receiving means for receiving the image information provided on the first underwater vehicle;
a water-based repeater having a repeater propulsion means and a repeater position measurement means and capable of moving near the water surface;
an information transmission line connecting the first underwater vehicle and the surface repeater and transmitting the image information received by the first underwater vehicle;
a control means for controlling the second underwater vehicle, the first underwater vehicle, and the water-based repeater;
An expandable underwater vehicle-surface repeater connection system, characterized in that the control means controls the first underwater vehicle to track the second underwater vehicle while maintaining it within a predetermined distance range and a predetermined relative orientation range, and controls the second underwater vehicle to capture images of the inspection object by transmitting instructions to the second underwater vehicle via the surface repeater, the information transmission line, and the first underwater vehicle.
前記点検対象物は、周囲に線状構造部を有した洋上風力発電設備を含む海洋構造物であり、前記情報伝送線が前記線状構造部と交差しないように、前記所定の距離範囲内及び前記所定の相対方位範囲内を保って前記第1水中航走体の追尾する位置を制御することを特徴とする拡張可能な水中航走体-水上中継機連結システム。 2. The expandable underwater vehicle-surface repeater connection system according to claim 1,
The object to be inspected is a marine structure including an offshore wind power generation facility having a linear structure around it, and the expandable underwater vehicle-surface repeater connection system is characterized in that the tracking position of the first underwater vehicle is controlled to maintain the information transmission line within the specified distance range and the specified relative orientation range so that the information transmission line does not intersect with the linear structure.
前記水上中継機と前記第1水中航走体に目標緯度及び目標経度を設定する位置設定手段を有した母船を備え、
前記母船と前記水上中継機とが無線通信を利用して前記目標緯度及び前記目標経度及び前記画像情報を含む情報の伝送を行うことを特徴とする拡張可能な水中航走体-水上中継機連結システム。 2. The expandable underwater vehicle-surface repeater connection system according to claim 1,
a mother ship having a position setting means for setting a target latitude and a target longitude for the waterborne repeater and the first underwater vehicle;
An expandable underwater vehicle-surface repeater connection system, characterized in that the mother ship and the surface repeater use wireless communication to transmit information including the target latitude, the target longitude, and the image information.
前記第1水中航走体は、前記第2水中航走体を握持する握持手段を有し、
前記制御手段は、前記位置設定手段で設定された前記目標緯度及び前記目標経度と前記中継機位置計測手段で計測された水上位置とに基づいて前記水上中継機の位置を制御するとともに、前記第1水中航走体の位置を前記航走体位置推定手段で推定された水中位置に基づいて制御し、前記第1水中航走体と前記水上中継機とを前記目標緯度及び前記目標経度まで鉛直位置関係を保持しながら並走させる制御を行うことを特徴とする拡張可能な水中航走体-水上中継機連結システム。 4. The expandable underwater vehicle-surface repeater connection system according to claim 3,
the first underwater vehicle has a gripping means for gripping the second underwater vehicle,
The control means controls the position of the surface repeater based on the target latitude and target longitude set by the position setting means and the surface position measured by the repeater position measuring means, and controls the position of the first underwater vehicle based on the underwater position estimated by the vehicle position estimation means, thereby controlling the first underwater vehicle and the surface repeater to run side by side while maintaining their vertical positional relationship up to the target latitude and target longitude.This is an expandable underwater vehicle-surface repeater connection system.
前記制御手段は、前記握持手段によって前記第1水中航走体が前記第2水中航走体を握持する際、前記第1水中航走体に設けられた撮像手段によって前記第2水中航走体を撮像する制御を行うことを特徴とする拡張可能な水中航走体-水上中継機連結システム。 5. The expandable underwater vehicle-surface repeater connection system according to claim 4,
An expandable underwater vehicle-surface relay vehicle connection system, characterized in that the control means controls the imaging means provided on the first underwater vehicle to image the second underwater vehicle when the first underwater vehicle grasps the second underwater vehicle with the gripping means.
前記第1水中航走体が、前記第2水中航走体を握持する際、前記制御手段が、前記第2水中航走体に設けた前記光送信手段と、前記第1水中航走体に設けた前記光受信手段とにより、前記撮像手段による前記第2水中航走体の撮影映像を水中光通信する制御を行うことを特徴とする拡張可能な水中航走体-水上中継機連結システム。 6. The expandable underwater vehicle-surface repeater connection system according to claim 5,
An expandable underwater vehicle-surface repeater connection system, characterized in that when the first underwater vehicle grasps the second underwater vehicle, the control means controls underwater optical communication of images captured by the imaging means of the second underwater vehicle using the optical transmitting means provided on the second underwater vehicle and the optical receiving means provided on the first underwater vehicle.
前記第1水中航走体と前記水上中継機が、設定された前記目標緯度及び前記目標経度に存在する前記点検対象物の近傍に到達したときに、前記制御手段が、前記第1水中航走体の前記握持手段を解除して前記第2水中航走体を開放し、前記第2水中航走体を前記点検対象物に接近させて点検する制御を行うことを特徴とする拡張可能な水中航走体-水上中継機連結システム。 5. The expandable underwater vehicle-surface repeater connection system according to claim 4,
An expandable underwater vehicle-surface repeater connection system, characterized in that when the first underwater vehicle and the surface repeater reach the vicinity of the inspection object located at the set target latitude and target longitude, the control means releases the gripping means of the first underwater vehicle to release the second underwater vehicle, and controls the second underwater vehicle to approach the inspection object and inspect it.
前記第1水中航走体が、前記第2水中航走体の位置を検出するための撮像手段を含む位置検出手段を有し、前記制御手段が、検出された前記第2水中航走体の前記位置を追尾するように前記第1水中航走体及び前記水上中継機の位置を修正する制御を行うことを特徴とする拡張可能な水中航走体-水上中継機連結システム。 2. The expandable underwater vehicle-surface repeater connection system according to claim 1,
An expandable underwater vehicle-surface repeater connection system, characterized in that the first underwater vehicle has a position detection means including an imaging means for detecting the position of the second underwater vehicle, and the control means controls to correct the positions of the first underwater vehicle and the surface repeater so as to track the detected position of the second underwater vehicle.
前記第1水中航走体が、前記第2水中航走体を照射する第1の照明手段を前記光受信手段と同じ側に有したことを特徴とする拡張可能な水中航走体-水上中継機連結システム。 9. The expandable underwater vehicle-surface repeater connection system according to claim 8,
An expandable underwater vehicle-surface repeater connection system, characterized in that the first underwater vehicle has a first lighting means for illuminating the second underwater vehicle on the same side as the optical receiving means.
前記水中光通信の波長と、前記第1水中航走体の前記第1の照明手段の波長とを異ならせたことを特徴とする拡張可能な水中航走体-水上中継機連結システム。 10. The expandable underwater vehicle-surface repeater connection system according to claim 9,
An expandable underwater vehicle-surface repeater connection system, characterized in that the wavelength of the underwater optical communication is different from the wavelength of the first lighting means of the first underwater vehicle.
前記第1水中航走体の前記撮像手段に短波長カットフィルタを含む光学フィルタを設け、前記光学フィルタによって前記水中光通信の波長の光を減衰させて、前記第1水中航走体の前記撮像手段による撮影への前記水中光通信の光の影響を低減させることを特徴とする拡張可能な水中航走体-水上中継機連結システム。 10. The expandable underwater vehicle-surface repeater connection system according to claim 9,
An expandable underwater vehicle-surface repeater connection system, characterized in that an optical filter including a short wavelength cut filter is provided in the imaging means of the first underwater vehicle, and the optical filter attenuates the light of the wavelength of the underwater optical communication, thereby reducing the influence of the light of the underwater optical communication on the imaging by the imaging means of the first underwater vehicle.
前記第2水中航走体が、前記点検対象物を照射する第2の照明手段を前記光送信手段と反対側に有したことを特徴とする請求項1に記載の拡張可能な水中航走体-水上中継機連結システム。 2. The expandable underwater vehicle-surface repeater connection system according to claim 1,
The expandable underwater vehicle-surface repeater connection system according to claim 1, characterized in that the second underwater vehicle has a second lighting means for illuminating the inspection object on the opposite side to the optical transmitting means.
前記制御手段が、WP(Way Point)航行モード、SLAM(Simultaneous Localization and Mapping)航行モード、遠隔操作航行モードのいずれかにより、前記第2水中航走体、前記第1水中航走体、及び前記水上中継機の航行を制御可能であることを特徴とする拡張可能な水中航走体-水上中継機連結システム。 2. The expandable underwater vehicle-surface repeater connection system according to claim 1,
The expandable underwater vehicle-surface repeater connection system is characterized in that the control means is capable of controlling the navigation of the second underwater vehicle, the first underwater vehicle, and the surface repeater in any one of a WP (Way Point) navigation mode, a SLAM (Simultaneous Localization and Mapping) navigation mode, and a remotely operated navigation mode.
前記遠隔操作航行モードにおいて、オペレータによって少なくとも前記第2水中航走体の遠隔操作が可能であることを特徴とする拡張可能な水中航走体-水上中継機連結システム。 The expandable underwater vehicle-surface repeater connection system according to claim 13,
An expandable underwater vehicle-surface repeater connection system, characterized in that in the remote control navigation mode, at least the second underwater vehicle can be remotely controlled by an operator.
前記中継機位置計測手段は、衛星測位システム(GNSS)受信機と姿勢方位基準装置(AHRS)を有したことを特徴とする拡張可能な水中航走体-水上中継機連結システム。 2. The expandable underwater vehicle-surface repeater connection system according to claim 1,
The repeater position measuring means comprises a Global Navigation Satellite System (GNSS) receiver and an Attitude Heading Reference System (AHRS).
前記航走体位置推定手段は、慣性航法装置(INS)とドップラー対地速度計(DVL)、又は姿勢方位基準装置(AHRS)とドップラー対地速度計(DVL)を有したことを特徴とする拡張可能な水中航走体-水上中継機連結システム。 2. The expandable underwater vehicle-surface repeater connection system according to claim 1,
The expandable underwater vehicle-surface repeater connection system is characterized in that the vehicle position estimation means has an inertial navigation system (INS) and a Doppler ground speed meter (DVL), or an attitude heading reference system (AHRS) and a Doppler ground speed meter (DVL).
前記水上中継機が水上カメラと水中カメラを有し、前記水上カメラで水上の周辺の水域を撮像するとともに、前記水中カメラで前記情報伝送線を撮像し、前記制御手段が、前記周辺の水域の水域撮像情報との伝送線撮像情報を伝送する制御を行うことを特徴とする拡張可能な水中航走体-水上中継機連結システム。 2. The expandable underwater vehicle-surface repeater connection system according to claim 1,
An expandable underwater vehicle-surface repeater connection system, characterized in that the surface repeater has a surface camera and an underwater camera, the surface camera captures images of the surrounding water area on the water and the underwater camera captures images of the information transmission line, and the control means controls the transmission of water area image information of the surrounding water area and image information of the transmission line.
前記第2水中航走体を保有した前記第1水中航走体を水中に投入する航走体投入ステップと、
前記水上中継機を水面に投入する中継機投入ステップと、
前記水上中継機と前記第1水中航走体とを鉛直位置関係に臨ませる鉛直位置確保ステップと、
前記水上中継機の水上位置を情報伝送線を介して前記第1水中航走体に伝送し、前記第1水中航走体の水中位置の初期位置として入力する初期位置入力ステップと、
前記水上中継機に前記点検対象物の目標緯度及び目標経度を設定する目標位置設定ステップと、
設定された前記目標緯度及び前記目標経度を前記情報伝送線を介して前記第1水中航走体に伝送し入力する目標位置入力ステップと、
前記目標緯度及び前記目標経度に前記水上中継機と前記第1水中航走体が前記鉛直位置関係を保持しながら並走して向かうように制御する航走制御ステップと、
前記目標緯度及び前記目標経度の周辺に到達後に前記第1水中航走体が保有した前記第2水中航走体を開放する航走体開放ステップとを有することを特徴とする拡張可能な水中航走体-水上中継機連結システムの運用方法。 A method for operating the expandable underwater vehicle-water surface repeater connection system according to any one of claims 1 to 17, comprising:
a vehicle inserting step of inserting the first underwater vehicle carrying the second underwater vehicle into water;
a repeater throwing step of throwing the water repeater onto the water surface;
a vertical position securing step of positioning the underwater relay aircraft and the first underwater vehicle in a vertical positional relationship;
an initial position input step of transmitting the water position of the surface repeater to the first underwater vehicle via an information transmission line and inputting the water position as an initial underwater position of the first underwater vehicle;
a target position setting step of setting a target latitude and a target longitude of the inspection object on the water-based repeater;
a target position input step of transmitting and inputting the set target latitude and target longitude to the first underwater vehicle via the information transmission line;
a navigation control step of controlling the underwater relay aircraft and the first underwater vehicle to travel in parallel toward the target latitude and the target longitude while maintaining the vertical positional relationship;
and a vehicle opening step of opening the second underwater vehicle possessed by the first underwater vehicle after the first underwater vehicle reaches the vicinity of the target latitude and the target longitude.
前記航走体開放ステップの後、オペレータが前記第2水中航走体が撮像した画像情報を見ながら前記第2水中航走体の位置を操作し、前記点検対象物を点検する点検ステップを有することを特徴とする拡張可能な水中航走体-水上中継機連結システムの運用方法。 A method for operating the expandable underwater vehicle-surface repeater connection system according to claim 18, comprising the steps of:
A method for operating an expandable underwater vehicle-surface repeater connection system, characterized in that after the vehicle opening step, an operator operates the position of the second underwater vehicle while viewing image information captured by the second underwater vehicle, and inspects the inspection object.
前記点検ステップにおける前記オペレータの前記操作に従った前記第2水中航走体の移動に伴い、前記第1水中航走体が前記第2水中航走体を追尾しながら、前記情報伝送線を介して前記第2水中航走体から水中光通信で送信されてくる前記画像情報を送信する追尾ステップを有することを特徴とする拡張可能な水中航走体-水上中継機連結システムの運用方法。 A method for operating the expandable underwater vehicle-surface repeater connection system according to claim 19, comprising the steps of:
A method for operating an expandable underwater vehicle-surface repeater connection system, characterized in that it includes a tracking step in which the first underwater vehicle tracks the second underwater vehicle as the second underwater vehicle moves in accordance with the operator's operation in the inspection step, and transmits the image information transmitted from the second underwater vehicle by underwater optical communication via the information transmission line.
前記第1水中航走体の移動に伴い前記情報伝送線の余裕がなくなった場合に、前記第1水中航走体に追従して前記水上中継機を移動する中継機追従ステップを有することを特徴とする拡張可能な水中航走体-水上中継機連結システムの運用方法。 A method for operating the expandable underwater vehicle-surface repeater connection system according to claim 20, comprising:
A method for operating an expandable underwater vehicle-surface repeater connection system, characterized in that it includes a repeater tracking step of moving the surface repeater to follow the first underwater vehicle when the information transmission line becomes full due to the movement of the first underwater vehicle.
母船と前記水上中継機との距離が遠く、無線通信が通らない場合、前記水上中継機を前記母船との通信が可能な位置に移動する中継機移動ステップを有することを特徴とする拡張可能な水中航走体-水上中継機連結システムの運用方法。 A method for operating an expandable underwater vehicle-surface repeater connection system according to claim 18, which refers to claim 3, comprising:
A method for operating an expandable underwater vehicle-surface repeater connection system, comprising a repeater movement step of moving the surface repeater to a position where communication with the mother ship is possible when the distance between the mother ship and the surface repeater is too long to allow wireless communication.
揚収時にオペレータの操作により、前記第2水中航走体を前記第1水中航走体の近傍まで移動させ、前記第1水中航走体に前記第2水中航走体を保有させる航走体保有ステップと、
前記水上中継機と前記第1水中航走体を前記母船の近傍まで移動させ、前記水上中継機を前記母船に揚収し、前記情報伝送線を手繰って前記第1水中航走体及び保有した前記第2水中航走体を前記母船に収容する揚収ステップを有することを特徴とする拡張可能な水中航走体-水上中継機連結システムの運用方法。
A method for operating an expandable underwater vehicle-surface repeater connection system according to claim 18, which refers to claim 3, comprising:
a vehicle holding step of moving the second underwater vehicle to the vicinity of the first underwater vehicle by an operation of an operator during recovery and causing the first underwater vehicle to hold the second underwater vehicle;
A method for operating an expandable underwater vehicle-surface repeater connection system, comprising a lifting step of moving the surface repeater and the first underwater vehicle close to the mother ship, lifting the surface repeater onto the mother ship, and handling the information transmission line to accommodate the first underwater vehicle and the second underwater vehicle retained therein onto the mother ship.
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