水上中继机与水中航行体的连结系统及其运用方法与流程

本发明涉及水上中继机与水中航行体的连结系统及其运用方法。

背景技术：

1、近年来，海底等水底作为以矿物资源为首的所有资源的供给源备受关注。随之而来的是，水底调查的必要性也越来越高。因此，需要高精度地控制在水中航行的水中航行体的位置的技术。

2、公开了如下技术：具备从母船通过电波进行引导控制的无人艇、和经由线缆与该无人艇连结的水中航行体，通过从母船经由无人艇向水中航行体传递控制信号来控制水中航行体的位置(专利文献1)。

3、公开了如下系统：具备在水中行驶的水中航行体、和跟随该水中航行体在水面航行的水上艇，水上艇通过gps处理部取得自身位置，并且通过水声通信将该自身位置发送给水中航行体(专利文献2)。基于水上艇的自身位置，水中航行体能够在水中自主航行。

4、同样，公开了如下系统：具备在水中行驶的水中航行体、和追随该水中航行体在水面航行的水上航行体，水上航行体通过水声通信取得水中航行体的位置，基于该水中航行体的位置进行控制以使得水上航行体追随水中航行体(专利文献3)。

5、另外，公开了如下系统：使用远程操作飞行器(rov)、和配置成能够作为通信中继站发挥功能的自主型水上舰(asv)来对海中进行调查(专利文献4)。自主型水上舰(asv)作为用于从控制站向远程操作飞行器(rov)发送数据的中继站而使用。

6、现有技术文献

7、专利文献

8、专利文献1：日本特开昭57-196309号公报

9、专利文献2：日本特开平8-249060号公报

10、专利文献3：日本特开2017-165333号公报

11、专利文献4：国际公开第2018/112045号

技术实现思路

1、发明要解决的课题

2、现有的自主型水中航行体是无索的独立的水中航行体，主要使用水声通信作为与母船的通信手段。然而，由于通信速度有限，所以无法在母船上实时地以足够快的速度确认通过水中相机得到的影像等信息。

3、用于解决课题的技术手段

4、与方案1对应的水上中继机与水中航行体的连结系统，其特征在于，具备：水上中继机，具有中继机推进单元和中继机位置计测单元；水中航行体，具有航行体位置推定单元；信息传送线，将所述水上中继机和所述水中航行体连接，进行包含通过所述水中航行体得到的图像信息在内的取得信息的传送；位置设定单元，对所述水上中继机和所述水中航行体设定目标纬度及目标经度；以及控制单元，控制所述水上中继机和所述水中航行体，在所述连结系统中，基于所设定的所述目标纬度及所述目标经度和通过所述中继机位置计测单元计测到的水上位置驱动所述中继机推进单元、并通过所述控制单元控制所述水上中继机的位置，并且基于所设定的所述目标纬度及所述目标经度和通过所述航行体位置推定单元推定出的水中位置通过所述控制单元控制所述水中航行体的位置，从而所述水中航行体和所述水上中继机一边保持在水面和水中的铅垂位置关系，一边并行至所述目标纬度及所述目标经度。

5、在此，优选的是，具备具有所述位置设定单元的母船，所述母船和所述水上中继机利用无线通信进行所述目标纬度及所述目标经度及所述取得信息的传送。

6、另外，优选的是，能够从所述母船进行所述水上中继机及所述水中航行体的至少一方的远程操作。

7、另外，优选的是，所述中继机位置计测单元具有卫星定位系统接收器和姿势方位基准装置(ahrs)。另外，优选的是，所述航行体位置推定单元具有惯性导航装置(ins)和多普勒对地速度计(dvl)、或者姿势方位基准装置(ahrs)和多普勒对地速度计(dvl)。

8、另外，优选的是，所述航行体位置推定单元具有深度计，以使得所述水中航行体位于通过所述位置设定单元设定的深度的方式通过所述控制单元控制所述水中航行体。

9、另外，优选的是，所述水上中继机具有能够拍摄所述水中航行体的中继机拍摄单元。

10、另外，优选的是，所述水中航行体相对于水具有中性浮力。

11、另外，优选的是，具备多组所述水上中继机、所述水中航行体、所述信息传送线及所述控制单元，通过所述位置设定单元设定所述多个组中的每一组的所述目标纬度及所述目标经度。

12、另外，优选的是，在所述信息传送线的中间具备其他所述水中航行体。

13、另外，优选的是，在所述信息传送线的多个部位具有多个受振单元，在所述母船具有向水中振荡声音的声音振荡单元，通过多个所述受振单元取得伴随于所述声音振荡单元进行的声音振荡的、来自地层的反射声音振动，将所取得的所述反射声音振动作为声音信息利用所述信息传送线进行传送。

14、与方案11对应的水上中继机与水中航行体的连结系统的运用方法，具备：航行体投入步骤，将所述水中航行体投入水中；航行体下降步骤，使所述水中航行体接近水底并保持于规定位置；中继机投入步骤，将所述水上中继机投入水面；铅垂位置确保步骤，使所述水上中继机和所述水中航行体处于所述铅垂位置关系；以及初始位置输入步骤，将在使得处于所述铅垂位置关系之后通过所述中继机位置计测单元计测到的所述水上位置经由所述信息传送线向所述水中航行体传送，作为所述水中航行体的水中位置的初始位置而进行输入。

15、在此，优选的是，按所述多个组中的每一组，反复进行所述航行体投入步骤、所述航行体下降步骤、所述中继机投入步骤、所述铅垂位置确保步骤及所述初始位置输入步骤。

16、另外，优选的是，在所述航行体投入步骤与航行体下降步骤之间具备：中间水中航行体投入步骤，将其他所述水中航行体投入水中；和中间水中航行体下降步骤，将其他所述水中航行体保持于所述水面与所述水底的中间的位置，在所述铅垂位置确保步骤中使其他所述水中航行体处于所述铅垂位置关系，在所述初始位置输入步骤中将所述水上位置经由所述信息传送线向其他所述水中航行体传送。

17、另外，优选的是，在所述航行体投入步骤之前，具备确认所述水中航行体及所述水上中继机的动作是否正常的状态确认步骤。

18、另外，优选的是，在所述航行体投入步骤与所述航行体下降步骤之间，具备判断所述水中航行体的所述航行体位置推定单元的所述水中位置的推定值是否为妥当值的推定值判断步骤。

19、另外，优选的是，在所述铅垂位置确保步骤中，在所述水上中继机和所述水中航行体未处于所述铅垂位置关系的情况下，由操作者操作所述水上中继机而以使得所述水中航行体处于所述铅垂位置关系的方式进行位置校正来确保所述铅垂位置关系。

20、另外，优选的是，在所述初始位置输入步骤之后还具备：目标位置设定步骤，从所述位置设定单元对所述水上中继机设定所述目标纬度及所述目标经度；目标位置输入步骤，将所设定的所述目标纬度及所述目标经度经由所述信息传送线向所述水中航行体传送并输入；航行控制步骤，以使得所述水上中继机和所述水中航行体一边保持所述铅垂位置关系、一边等速地并行去往所述目标纬度及所述目标经度的方式进行控制；以及位置保持步骤，在到达所述目标纬度及所述目标经度后进行所述水上中继机和所述水中航行体的位置保持。

21、另外，优选的是，所述航行控制步骤基于通过所述中继机位置计测单元计测到的所述水上位置控制所述水上中继机的位置，并且基于通过所述航行体位置推定单元推定出的所述水中位置控制所述水中航行体的位置。

22、另外，优选的是，所述航行控制步骤具有：中继机到达判断步骤，判断所述水上中继机的所述水上位置是否处于所述目标纬度及所述目标经度的到达范围内；和航行体到达判断步骤，判断所述水中航行体的所述水中位置是否处于所述目标纬度及所述目标经度的所述到达范围内，在所述水上中继机和所述水中航行体到了所述到达范围内的情况下移向所述位置保持步骤。

23、另外，优选的是，在所述水上中继机和所述水中航行体未到所述到达范围内的情况下，继续进行使所述水上中继机和所述水中航行体去往所述目标纬度及所述目标经度的控制。

24、另外，优选的是，具备：航行体位置确认步骤，由操作者使用拍摄单元确认所述水中航行体的位置；位置判断步骤，判断所述水中航行体是否位于所述水上中继机的正下方；以及水中位置校正步骤，在所述水中航行体位于所述水上中继机的正下方的情况下，将通过所述中继机位置计测单元得到的所述水上位置经由信息传送线向所述水中航行体传送，控制所述水中航行体的水中位置而校正所述水上中继机与所述水中航行体的所述铅垂位置关系。

25、另外，优选的是，具备：航行体上升步骤，在所述航行体位置确认步骤中、所述操作者无法确认所述水中航行体的位置的情况下，控制所述水中航行体的位置而使所述水中航行体上升至能够通过所述拍摄单元确认的位置。

26、另外，优选的是，具备：位置偏离校正步骤，在所述位置判断步骤中、判断为所述水中航行体不位于所述水上中继机的正下方的情况下，通过所述操作者的操作控制所述水上中继机的位置而使其移动到所述水中航行体的正上方。

27、另外，优选的是，具备：探查步骤，在到达所述目标纬度及所述目标经度后控制所述水上中继机和所述水中航行体的位置，通过所述水中航行体的航行体拍摄单元对水中进行探查；和信息传送步骤，将包含通过所述探查得到的图像信息在内的取得信息经由所述信息传送线和所述无线通信向所述母船传送。

28、另外，优选的是，具备：声音振荡步骤，在到达所述目标纬度及所述目标经度后从所述母船所具有的所述声音振荡单元振荡声音；反射声音振动取得步骤，通过多个所述受振单元取得来自所述地层的所述反射声音振动；以及信息传送步骤，将所取得的所述反射声音振动作为声音信息经由所述信息传送线和所述无线通信向所述母船传送。

29、发明效果

30、根据与方案1对应的水上中继机与水中航行体的连结系统，其具备：水上中继机，具有中继机推进单元和中继机位置计测单元；水中航行体，具有航行体位置推定单元；信息传送线，将所述水上中继机和所述水中航行体连接，进行包含通过所述水中航行体得到的图像信息在内的取得信息的传送；位置设定单元，对所述水上中继机和所述水中航行体设定目标纬度及目标经度；以及控制单元，控制所述水上中继机和所述水中航行体，在所述连结系统中，基于所设定的所述目标纬度及所述目标经度和通过所述中继机位置计测单元计测到的水上位置驱动所述中继机推进单元、并通过所述控制单元控制所述水上中继机的位置，并且基于所设定的所述目标纬度及所述目标经度和通过所述航行体位置推定单元推定出的水中位置通过所述控制单元控制所述水中航行体的位置，从而所述水中航行体和所述水上中继机一边保持在水面和水中的铅垂位置关系一边并行至所述目标纬度及所述目标经度，由此，能够将通过所述水中航行体取得的拍摄图像等大容量的图像信息经由所述水上中继机向母船等高速且稳定地传送。

31、在此，具备具有所述位置设定单元的母船，所述母船和所述水上中继机利用无线通信进行所述目标纬度及所述目标经度及所述取得信息的传送，由此，无需以线缆等有线的方式从所述母船连接至所述水上中继机，便能够进行所述母船与所述水上中继机之间的通信。

32、另外，能够从所述母船进行所述水上中继机及所述水中航行体的至少一方的远程操作，由此，能够使所述水上中继机及所述水中航行体移动到各自的目标位置，使所述水上中继机和所述水中航行体成为合适的相对位置关系。

33、另外，所述中继机位置计测单元具有卫星定位系统接收器和姿势方位基准装置(ahrs)，由此，能够使用所述卫星定位系统接收器和所述姿势方位基准装置(ahrs)计测所述水上中继机的位置。另外，所述航行体位置推定单元具有惯性导航装置(ins)和多普勒对地速度计(dvl)、或者姿势方位基准装置(ahrs)和多普勒对地速度计(dvl)，由此，能够使用所述惯性导航装置(ins)和所述多普勒对地速度计(dvl)、或者所述姿势方位基准装置(ahrs)和所述多普勒对地速度计(dvl)计测所述水中航行体的位置。

34、另外，所述航行体位置推定单元具有深度计，以使得所述水中航行体位于通过所述位置设定单元设定的深度的方式通过所述控制单元控制所述水中航行体，由此，能够使所述水中航行体朝向成为目标的深度航行。

35、另外，所述水上中继机具有能够拍摄所述水中航行体的中继机拍摄单元，由此，能够在通过所述中继机拍摄单元拍摄到的图像中确认所述水中航行体，根据确认到的状况使所述水中航行体和所述水上中继机移动。

36、另外，所述水中航行体相对于水具有中性浮力，由此，能够容易地确保所述水中航行体的浮力。

37、另外，具备多组所述水上中继机、所述水中航行体、所述信息传送线及所述控制单元，通过所述位置设定单元设定所述多个组中的每一组的所述目标纬度及所述目标经度，由此，能够同时对大范围的资源、水底线缆等检查对象物进行调查，能够缩短调查时间。

38、另外，在所述信息传送线的中间具备其他所述水中航行体，由此，能够通过控制中间的其他水中航行体的水平位置(纬度及经度)及深度(高度)而对水上中继机实现高精度的位置控制。

39、另外，在所述信息传送线的多个部位具有多个受振单元，在所述母船具有向水中振荡声音的声音振荡单元，通过多个所述受振单元取得伴随于所述声音振荡单元进行的声音振荡的、来自地层的反射声音振动，将所取得的所述反射声音振动作为声音信息利用所述信息传送线进行传送，由此，能够应用vcs(vertical cable seimic，垂直线缆地震)解析等解析来高精度地掌握水底、反射面的结构。

40、根据与方案11对应的水上中继机与水中航行体的连结系统的运用方法，具备：航行体投入步骤，将所述水中航行体投入水中；航行体下降步骤，使所述水中航行体接近水底并保持于规定位置；中继机投入步骤，将所述水上中继机投入水面；铅垂位置确保步骤，使所述水上中继机和所述水中航行体处于所述铅垂位置关系；以及初始位置输入步骤，将在使得处于所述铅垂位置关系之后通过所述中继机位置计测单元计测到的所述水上位置经由所述信息传送线向所述水中航行体传送，作为所述水中航行体的水中位置的初始位置而进行输入，由此，能够将通过所述水中航行体取得的拍摄图像等信息经由所述水上中继机向母船等高速且稳定地通信。

41、在此，按所述多个组中的每一组，反复进行所述航行体投入步骤、所述航行体下降步骤、所述中继机投入步骤、所述铅垂位置确保步骤及所述初始位置输入步骤，由此，能够同时对大范围的资源、水底线缆等检查对象物进行调查，能够缩短调查时间。

42、另外，在所述航行体投入步骤与航行体下降步骤之间具备：中间水中航行体投入步骤，将其他所述水中航行体投入水中；和中间水中航行体下降步骤，将其他所述水中航行体保持于所述水面与所述水底的中间的位置，在所述铅垂位置确保步骤中使其他所述水中航行体处于所述铅垂位置关系，在所述初始位置输入步骤中将所述水上位置经由所述信息传送线向其他所述水中航行体传送，由此，能够同时对大范围的资源、水底线缆等检查对象物进行调查，能够缩短调查时间。

43、在此，在所述航行体投入步骤之前，具备确认所述水中航行体及所述水上中继机的动作是否正常的状态确认步骤，由此，能够在确认了所述水中航行体及所述水上中继机正常的基础上，将所述水中航行体及所述水上中继机投入。

44、另外，在所述航行体投入步骤与所述航行体下降步骤之间，具备判断所述水中航行体的所述航行体位置推定单元的所述水中位置的推定值是否为妥当值的推定值判断步骤，由此，能够在确认了所述水中航行体的所述航行体位置推定单元的动作的基础上，使所述水中航行体下降到水中。

45、另外，在所述铅垂位置确保步骤中，在所述水上中继机和所述水中航行体未处于所述铅垂位置关系的情况下，由操作者操作所述水上中继机而以使得所述水中航行体处于所述铅垂位置关系的方式进行位置校正来确保所述铅垂位置关系，由此，能够使所述水上中继机和所述水中航行体成为合适的所述铅垂位置关系。

46、另外，在所述初始位置输入步骤之后，还具备：目标位置设定步骤，从所述位置设定单元对所述水上中继机设定所述目标纬度及所述目标经度；目标位置输入步骤，将所设定的所述目标纬度及所述目标经度经由所述信息传送线向所述水中航行体传送并输入；航行控制步骤，以使得所述水上中继机和所述水中航行体一边保持所述铅垂位置关系、一边等速地并行去往所述目标纬度及所述目标经度的方式进行控制；以及位置保持步骤，在到达所述目标纬度及所述目标经度后进行所述水上中继机和所述水中航行体的位置保持，由此，能够使所述水上中继机及所述水中航行体移动到目标位置，保持所述水上中继机与所述水中航行体的位置关系。

47、另外，所述航行控制步骤基于通过所述中继机位置计测单元计测到的所述水上位置控制所述水上中继机的位置，并且基于通过所述航行体位置推定单元推定出的所述水中位置控制所述水中航行体的位置，由此，能够基于所述水上位置使所述水上中继机移动到目标位置并且基于所述水中位置使所述水中航行体移动到目标位置，保持所述水上中继机与所述水中航行体的位置关系。

48、另外，所述航行控制步骤具有：中继机到达判断步骤，判断所述水上中继机的所述水上位置是否处于所述目标纬度及所述目标经度的到达范围内；和航行体到达判断步骤，判断所述水中航行体的所述水中位置是否处于所述目标纬度及所述目标经度的所述到达范围内，在所述水上中继机和所述水中航行体到了所述到达范围内的情况下移向所述位置保持步骤，由此，能够使所述水上中继机及所述水中航行体分别移动到目标位置的到达范围内，保持所述水上中继机与所述水中航行体的位置关系。

49、另外，在所述水上中继机和所述水中航行体未到所述到达范围内的情况下，继续进行使所述水上中继机和所述水中航行体去往所述目标纬度及所述目标经度的控制，由此，能够使所述水上中继机及所述水中航行体分别移动到目标位置的到达范围内，保持所述水上中继机与所述水中航行体的位置关系。

50、另外，具备：航行体位置确认步骤，使用拍摄单元确认所述水中航行体的位置；位置判断步骤，判断所述水中航行体是否位于所述水上中继机的正下方；以及水中位置校正步骤，在所述水中航行体位于所述水上中继机的正下方的情况下，将通过所述中继机位置计测单元得到的所述水上位置经由信息传送线向所述水中航行体传送，控制所述水中航行体的水中位置而校正所述水上中继机与所述水中航行体的所述铅垂位置关系，由此，能够在所述拍摄到的图像中确认所述水中航行体，以使得所述水中航行体位于所述水上中继机的正下方的方式校正所述水上中继机与所述水中航行体的铅垂方向的位置关系。

51、另外，具备在所述航行体位置确认步骤中、所述操作者无法确认所述水中航行体的位置的情况下控制所述水中航行体的位置而使所述水中航行体上升至能够通过所述拍摄单元确认的位置的航行体上升步骤，由此，能够使所述水中航行体上升而使得成为在所述拍摄到的图像中能够确认所述水中航行体的状况。

52、另外，具备在所述位置判断步骤中、判断为所述水中航行体不位于所述水上中继机的正下方的情况下通过所述操作者的操作控制所述水上中继机的位置而使其移动到所述水中航行体的正上方的位置偏离校正步骤，由此，能够以使得所述水上中继机位于所述水中航行体的正下方的方式校正所述水上中继机与所述水中航行体的铅垂方向的位置关系。

53、另外，具备：探查步骤，在到达所述目标纬度及所述目标经度后控制所述水上中继机和所述水中航行体的位置，通过所述水中航行体的航行体拍摄单元对水中进行探查；和信息传送步骤，将包含通过所述探查得到的图像信息在内的取得信息经由所述信息传送线和所述无线通信向所述母船传送，由此，能够放映、解析通过水中航行体得到的图像信息。

54、另外，具备：声音振荡步骤，在到达所述目标纬度及所述目标经度后从所述母船所具有的所述声音振荡单元振荡声音；反射声音振动取得步骤，通过多个所述受振单元取得来自所述地层的所述反射声音振动；以及信息传送步骤，将所取得的所述反射声音振动作为声音信息经由所述信息传送线和所述无线通信向所述母船传送，由此，能够应用vcs(vertical cable seimic，垂直线缆地震)解析等解析而高精度地掌握水底、反射面的结构。