水中生体位置特定システム、音波発信機、水中聴音機、基地局および水中生体位置特定方法
【課題】 水面下で回遊する水中生体の位置をリアルタイムに測位すると共に、その測位により得た位置情報をほぼリアルタイムに取得すること。
【解決手段】 魚Ｆ等の水中生体に音波発信機１（１(1)，１(2)）を取り付けて水中を回遊させ、その音波発信機１から発信される音波を水面に浮上している複数の水中聴音機２で受信して、各水中聴音機２が受信した音波の到来方位に関するデータ（到来方位データ）を基地局３に電波で送信し、その到来方位データを受信した基地局３で、到来方位の関係から各水中聴音機２に対する水中生体（音波発信機１）の位置を特定する。
【解決手段】 魚Ｆ等の水中生体に音波発信機１（１(1)，１(2)）を取り付けて水中を回遊させ、その音波発信機１から発信される音波を水面に浮上している複数の水中聴音機２で受信して、各水中聴音機２が受信した音波の到来方位に関するデータ（到来方位データ）を基地局３に電波で送信し、その到来方位データを受信した基地局３で、到来方位の関係から各水中聴音機２に対する水中生体（音波発信機１）の位置を特定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水中生体の水面下での位置を特定するものに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ウミガメ、イルカ、鯨等の水中生体の位置を特定して動向を調査する方法としては、呼吸のために所定時間ごとに水面に浮上する習性を利用して、水面上に浮上しているときにＧＰＳ（Global Positioning System）衛星からの電波を受信し、測位を行って位置を特定するタグを取り付けて、タグに内蔵する記憶媒体に測位情報を記憶しておき、後に回収する方法が知られている。
【０００３】
また、アルゴス送信機を搭載したタグを水中生体に取り付けて回遊させ、水面上に浮上しているときに電波を送信させ、ＮＯＡＡ（National Oceanic and Atmospheric Administration）衛星等の気象衛星を経由して処理センタで測位結果等を受信するＧＰＳアルゴスシステムが利用されることもある（例えば、非特許文献１，２参照）。
【０００４】
また、通常水面上に浮上しないマグロ等の魚の場合には、照度センサを用いて位置・経路を推定しつつ記憶するポップアップタグを取り付けておき、所定時間経過後に自動的に魚体から切り離して水面上に浮上させ、ポップアップタグに搭載されるアルゴス送信機を利用して測定データ等を取得する方法も知られている（例えば、非特許文献１，３参照）。
【０００５】
【非特許文献１】宇宙科学研究所報告 特集 第４５号 ２００３年３月 [平成17年3月19日検索] インターネット＜ＵＲＬ：http://www.isas.ac.jp/publications/hokokuSP/hokokuSP45/11-22.pdf＞
【非特許文献２】「明石で孵化したアカウミガメの放流と人工衛星での追跡」アカウミガメアルゴス追跡調査IN明石実行委員会 NPO法人 日本ウミガメ協議会 会長 亀崎 直樹 [平成17年3月19日検索] インターネット＜ＵＲＬ：http://www.eonet.ne.jp/~argos-akashi/saisyuusoukatu.htm＞
【非特許文献３】「ポップアップ式衛星通信型タグによるまぐろ・かじき類調査の現況」 海洋 Ｎｏ．１１２（Ｍａｙ ２００３） １８〜２３ページ 高橋未緒 齋藤広和 [平成17年3月14日検索] インターネット＜ＵＲＬ：http://ss.enyo.affrc.go.jp/EnyoNews/No112.pdf＞
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、前記した水中生体の位置をＧＰＳ技術で特定する方法では、浮上時のみの測位となり後に回収するため、リアルタイムに水中での位置を特定することができない。また、非特許文献１，２の場合には、実際には、処理センタから計測データを取得する時間や解析時間等が掛かるため、数時間前までの位置と移動軌跡を特定するのが限界である。また、非特許文献１，３の場合には、照度センサによりリアルタイムに位置・移動を記憶できるが、所定期間（約１年）経過後にポップアップタグの測定データを回収するため、結果の取得という点からはリアルタイム性にかける。
【０００７】
そこで、本発明は、水面下で回遊する水中生体の位置をリアルタイムに測位すると共に、その測位により得た位置情報をほぼリアルタイムに取得するという課題を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の水中生体位置特定システムは、対象の水中生体に装着させた音波発信機から音波を発信させ、水面に浮かせた少なくとも２台の水中聴音機により聴音し、各水中聴音機で受信した音波の到来方位を特定し、音波に乗せて送信された水中生体を識別する信号と到来方位データとを電波に乗せて発信し、基地局で受信して、各水中聴音機で受信した音波の到来方位の関係から対象の水中生体に装着させた音波発信機の存在する水域を推定して、対象の水中生体の位置を特定する。
【発明の効果】
【０００９】
したがって、本発明によれば、水面下で回遊する水中生体の位置をリアルタイムに測位すると共に、その測位により得た位置情報をほぼリアルタイムに容易にかつ高精度に取得することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１に示すように、本発明の水中生体位置特定システムは、魚ＦやウミガメＴ等の対象の水中生体に音波発信機１（１(1)，１(2)）を取り付けて海や川等の水中を回遊させ、その音波発信機１から発信される音波を水面に浮上している複数の水中聴音機２で受信して、各水中聴音機２が受信した音波の到来方位に関するデータ（到来方位データ）を基地局３に電波で送信し、その到来方位データを受信した基地局３で、到来方位の関係から各水中聴音機２に対する水中生体（音波発信機１）の位置を特定するものである。
【００１１】
そして、基地局３は特定した位置情報を観光船４に送る。位置情報を受けた観光船４は、特定した位置に向けて移動し、搭乗する観光客に対象の水中生体を観賞させる。
なお、この実施形態の水中生体位置特定システムは、このように、観光船４に乗船する観光客に魚Ｆやウミガメ等の対象の水中生体を観賞させる水中観光ビジネスに適用する場合を例にして説明するが、その適用例はこれに限らず、例えば調査を目的としたものに適用してもよい。
【００１２】
次に、図２に従って、水中生体位置特定システムにおける測位方法を説明する。
各水中聴音機２（２(1)，２(2)，２(3)，２(4)，２(5)）は、魚Ｆに取り付けられた音波発信機１(1)から発信された音波が略球面波状に伝播されることを利用し、その音波の到来方位を所定の広がりを持って特定する。図２では、到来方位の範囲は、各水中聴音機２（２(1)，２(2)，２(3)，２(4)，２(5)）と魚Ｆの音波発信機１(1)との間を、前者から後者に向かって次第に離間する（広がる）２本の線で表しているが、３次元空間上では略円錐台形状に広がる範囲である。
【００１３】
そのため、各水中聴音機２（２(1)，２(2)，２(3)，２(4)，２(5)）は、到来方位を、その範囲として特定することになる。そして、基地局３は、各水中聴音機２（２(1)，２(2)，２(3)，２(4)，２(5)）から各到来方位の範囲を受け取り、各範囲が重なる領域Ｑ内に音波発信機１(1)が存在するため、その領域Ｑを求め、その範囲を対象の位置として特定する。
【００１４】
ところで、その領域Ｑは、例えば、次のように求めることができる。
前提として、各水中聴音機２（２(1)，２(2)，２(3)，２(4)，２(5)）は、後記するように、アンカにより係留され、その位置を固定されている。そのため、各水中聴音機２（２(1)，２(2)，２(3)，２(4)，２(5)）同士の間の距離もそれぞれ決定されている。その上で、前記したとおり、各水中聴音機２（２(1)，２(2)，２(3)，２(4)，２(5)）は、音波発信機１(1)からの音波の到来方位の範囲を特定する。そのため、１辺とその両端の角度との関係から三角法に基づいて、魚Ｆ（音波発信機１(1)）の存在する点の群が算出できる。その結果、各水中聴音機２（２(1)，２(2)，２(3)，２(4)，２(5)）について、その点の群を算出し、全てが重なる点の群を求めると、各水中聴音機２（２(1)，２(2)，２(3)，２(4)，２(5)）に対する領域Ｑの位置（位置座標群）を算出することができる。
【００１５】
ここで、到来方位を測定する場合に生じる測定誤差の要因１〜４について説明する。
１．水中聴音機２の方位測定能力(方位分解能)、２．波浪やうねり、船舶の通過、更には風による水中聴音機２の動揺、３．水温、塩分濃度などの水の分布、４．後記アンテナを回転させる機構の場合の測定時間差等の要因が挙げられる。いずれの要因も無くすことは困難であるが、少なくすることは考慮に値する。
そこで、１．の要因は技術的な観点からも、コスト的な観点からも限界があるが水中聴音機２の性能をよくすればよい。２．の要因も水面にある以上動揺は無くなることは無いが、固定を強固にすればよい。３．の要因は水中生体と水中聴音機２との間の距離が短ければ無視できる範囲である。４．の要因はアンテナの回転を速くすればよい。
【００１６】
ただ、測定誤差を少なくするために一番簡易で有効な方法は、水中聴音機２の設置数を増やすことである。２方向の到来方位では誤差は大きく水中生体の測定位置は大きな範囲となってしまうが、例えば３方向に増やすことでその範囲を小さくなる。さらに、設置数を４・５・・台（方向）と増やしていけば測定位置はさらに小さくなっていく。
【００１７】
以上のことから、水中生体の方位は特定できると考えられる。但し、水中は３次元であるため、生体の位置を特定するためには深さに関しても特定する必要がある。一つには、水中生体に深度計を取り付け、発信する音波情報としてその深度を発信する方法がある（特開平８−６１９５２号公報参照）。
【００１８】
そこで、水中聴音機２を複数の深度にならべ、その中でもっとも早い時間に受信した深度を水中生体の深度とするようにしてもよい。例えば、深度５ｍ、１０ｍ、１５ｍ・・・というように配置する。そして、１０ｍ、１５ｍの水中聴音機２の順に早く受信したとすれば、１０〜１２．５ｍの間の深さにあり、二つの水中聴音機２が受信した時間の差が大きい程深度は１０ｍに近いことになり、その値は計算によって求めることができる。
また、望ましい水中聴音機２の配置に関しては、水中の透明度、要するに水のにごりぐあいにより何ｍ先まで見渡せるのかという点と、水中聴音機２の到来方位の角度測定誤差に応じて異なるものとなる。なお、当然透明度が高い程、また、角度誤差が小さい程、水中聴音機２の配置間隔は広くするようにしてもよい。
【００１９】
また、各水中聴音機２（２(1)，２(2)，２(3)，２(4)，２(5)）は、ＧＰＳ衛星等からの測位情報を受信し、経度・緯度を測位しておくことにより、領域Ｑの位置を経度・緯度で表すことができる。また、各水中聴音機２（２(1)，２(2)，２(3)，２(4)，２(5)）は、陸上の位置が特定された地点を基準としてトランシットなどにより測量し、経度・緯度を求めておくようにしてもよい。なお、以下では、各水中聴音機２は、位置が特定されており、水により流されることもない理想的な場合を想定して説明する。
【００２０】
次に、図３に示す概略斜視図に従って、水中聴音機２の外観を説明する。
この水中聴音機２は、フロート部２ａと、水面下筐体部２ｂと、聴音部筐体部２ｃと、ケーブル２ｄと、アンカ２ｅと、アンテナ筐体部２ｆとを主に備えている。フロート部２ａは、水に対する浮力を与えるものであり、水面（海面）の境界に位置する状態を図示してある。水面下筐体部２ｂは、制御基板や電池等が収納されるものであり、水密性を持たせて構成されている。聴音部筐体部２ｃは、音波を受信する後記聴音部を収容するものである。なお、水中聴音機２を水面上にフロート部２ａにより浮上させているのは、アンテナ筐体部２ｆ内の後記アンテナを水面上に配置させなければならないからである。
【００２１】
ケーブル２ｄおよびアンカ２ｅは、水中聴音機２本体を水面の定位置に停留させるものである。ケーブル２ｄに水密性を持たせ、その内側に電気ケーブルを通し、アンカ２ｅの部分に後記聴音部を内蔵して接続するようにしてもよい。この場合、水底に聴音部（２ｃ）を配するため、水の深さ方向に伝播する音波を受信することになり、深さ方向の位置をより正確に特定することができるようになる。
アンテナ筐体部２ｆは、後記アンテナが内蔵され、基地局３（図１参照）との電波による通信を可能にする。また、必要に応じてＧＰＳ衛星からの電波を受信する衛星用アンテナを内蔵するようにしてもよい。
【００２２】
次に、図４を参照して、水中生体への音波発信機１の取り付け例を説明する。図１にも示してあるが、（Ａ）に示すように、魚Ｆの場合には、尾ひれのくびれた部分に輪状の音波発信機１(1)を取り付けるものとする。なお、輪状の音波発信機１(1)には、後記音波発信部等を含む電子部品を内蔵して水密性を持たせてある。
また、魚Ｆ等の水中生体には、音波発信機１(1)に固着した針などで打ち込んで取り付けるようにしてもよいが、生命尊重の観点や流れる血により天敵（サメ）などを呼び寄せる観点からも望ましくない。特に、観賞用として水中生体に取り付ける場合には、美観的にも望ましくない。そのため、図に示すように、尾ひれなどのくびれた部分に嵌めたり、口内部の歯に打ち込むなどの方法によることが望ましい。
【００２３】
また、（Ｂ）ウミガメＴのように硬い平らな面をもつ水中生体の場合には、音波発信機１(2)を接着剤により接着するようにしてもよい。なお、甲羅の成長などから所定の期間経過後は剥がれるようにするのが望ましい。
【００２４】
次に、図５に示すブロック図に従って、水中生体位置特定システムの構成を説明する。
この水中生体位置特定システムは、水中生体Ｘに装着する音波発信機１と、水面（海面）に浮上させる水中聴音機２と、基地局３と、観光船４と、ＧＰＳ衛星５とにより構築されるものである。以下、各装置ごとに説明する。なお、水中聴音機２等は、便宜上１台しか示していない。
【００２５】
音波発信機１は、聴音部１０と、音波発信部１１と、電池１２とを内蔵している。
聴音部１０は、後記するように、水中聴音機２や基地局３、さらには必要に応じて観光船４から発信された音波を受信するものである。音波発信部１１は、所定の周波数の音波を出力するものである。ここで、所定の周波数とは、区別したい水中生体Ｘごとに異なるものを設定することとする。電池１２は、聴音部１０や音波発信部１１に電力を供給するものである。なお、音波発信機１は、一つの水中生体に一生装着させるのも酷とも考えられるため、水中生体の寿命が数年の種の場合には、１年位をめどに同一種の他の水中生体に交換するのが望ましい。また、この電池の寿命に合わせて、自動的に魚Ｆ等の水中生体から音波発信機１自体が外れるようにしてもよい。
【００２６】
また、電池１２は、蓄電池とし、図示しない水車式の発電機を音波発信機１に取り付け、魚Ｆ等の水中生体が水面下を回遊するときの水流により発電させ、充電させるようにしてもよい。なお、電池を設けず、発電機のみとしても構わない。
水中であっても、比較的浅瀬を回遊する水中生体に関しては、太陽光線により充電可能な場合があるため、このような場合には太陽電池を用いてもよい。但し、この場合も、夜間は発電できないため、蓄電池や夜間のみ作動する電池を備えることが望ましい。
【００２７】
また、音波発信機１の電源は、頻繁に充電や電池交換は困難であるため、消費する電力を少なくすることが望ましい。例えば、その方法として、以下二つの方法が考えられる。一つは、音波の送信は定期的に運用モードに移行して行うこととし、そのときのみ電源を投入し、それ以外は待機モード、つまり、時刻カウント部のみ電源が投入されている低消費電力状態にしておく方法である。但し、この方法では、使用者が望むときにデータを得ることができない。
【００２８】
そのため、もう一つは、待機モードとして常時送信側電源は切断し、受信側のみ電源を投入する低消費電力状態にしておく。そして、基地局３から水中聴音機２を通して送信要求があった場合のみ運用モードに移行して送信側電源を投入、音波を送信する方法である。この場合、位置が特定しており水上にあるため比較的電源の確保が容易な基地局３や水中聴音機２の送信電力を大きくすることで、音波発信機１の受信時の消費電力を少なくすることができ、充電やバッテリ交換の期間を延ばすことができる。
【００２９】
ところで、水中聴音機２は、前記したような外観を有し、聴音部２０と、音波発信部２１と、変調部２２と、周波数変換部２３と、無線部（送信部）２４と、アンテナ２５と、電池２６と、記憶部２７と、計時部２８とを備えている。聴音部２０は、音波発信機１に受信させるための音波を水中に向けて発信するものである。音波発信部２１は、音波を発信するものである。変調部２２は、音波として受信した信号を変調し、信号を所定の音波として音波発信部２１から発信するように変調するものである。周波数変換部２３は、音波として出力するための信号を高周波帯の信号に変換し、高周波帯の信号を所定周波数の信号に変換するものである。
【００３０】
無線部２４は、アンテナ２５を介して基地局３に電波を送信し、基地局３から送信された電波をアンテナ２５を介して受信するのを制御するものである。アンテナ２５は、基地局３との間の無線通信のための電波を送受信するものである。そのため、前記したとおり、ＧＰＳ衛星５の電波を受信する場合などには専用アンテナをさらに備えるものとする。また、電池２６は、各部に電力を供給するものである。この電池２６は、太陽電池とするのが望ましい。その他、交換型のものでもよい。なお、アンテナ２５は、水中聴音機２が水面上に浮いた状態にて運用されることにより、波浪やうねり、船舶の通過、更には風にて動揺することがあるため、指向性が無いか指向性の広いものが望ましい。記憶部２７は、各種データを記憶するものである。計時部２８は、時を計るものであり、例えば、音波発信機１からの音波を受信した時刻（時間）を計る。
【００３１】
基地局３は、音波発信部３０と、聴音部３１と、演算処理部３２と、無線部３３と、アンテナ３４と、記憶部３５と、表示部３６と、入力部３７と、商用電源部３８と、計時部３９とを備えている。なお、基地局３は、陸地に設置されるものとするが、音波発信部３０および聴音部３１は、配線ケーブルなどを介して水中に設置されるものとする。また、音波発信部３０および聴音部３１を備えた基地局３は、陸固定型の水中聴音機として機能するものとする。
【００３２】
音波発信部３０は、音波発信機１に受信させるための音波を水中に向けて発信するものである。聴音部３１は、音波を受信するものである。演算処理部３２は、各種プログラムにより基地局３の全体の処理を司るものである。無線部３３は、水中聴音機２や観光船４との間の無線通信の制御を行うものである。アンテナ３４は、水中聴音機２や観光船４との間の電波の送受信を行うものである。なお、ここでも、ＧＰＳ衛星５からの電波を受信する場合には、衛星用アンテナを備えるようにすればよい。また、基地局３では、変調部２２や周波数変換部２３を備えていないが、演算処理部３２がそれらの機能のプログラムを実行することにより実現できる。
【００３３】
記憶部３５は、水中生体Ｘ、音波発信機１、水中聴音機２、基地局３、観光船４等を識別する識別情報や各位置情報等の各種データや各種プログラムを記憶するものである。表示部３６は各種情報を表示するものであり、特に、地図（海図）データと共に、各水中聴音機２、基地局３、観光船４および音波発信機１の現在位置を重ねて表示させるためのものである。入力部３７は、オペレータの指示で各種データの入力を行うものである。商用電源部３８は、入力される交流電力を直流電力に変換して、基地局３を構成する各部に電力を供給するものである。計時部３９は、計時部２８と同様に、時を計るものである。
【００３４】
観光船４は、聴音部４０と、演算処理部４１と、無線部４２と、アンテナ４３と、ＧＰＳ受信部４４と、アンテナ４５と、記憶部４６と、表示部４７と、入力部４８とを備えている。なお、図示しない音波発信部を設けてもよい。各部は、観光船４に一つの装置として備えられているというよりも、別体のものとして備え付けられているものとする。聴音部４０は、音波を受信するものである。演算処理部４１は、全体の処理を司るものである。
【００３５】
無線部４２は、水中聴音機２や観光船４との間の無線通信の制御を行うものである。アンテナ４３は、水中聴音機２や観光船４との間の電波の送受信を行うものである。ＧＰＳ受信部４４は、ＧＰＳ衛星５からの測位信号を用いて測位を行うものである。アンテナ４５は、ＧＰＳ衛星５からの電波を受信するものである。記憶部４６は、各種データやプログラムを記憶するものであり、基地局３の記憶部３５と略同様のデータを記憶する。表示部４７は、各種情報を表示するものであり、特に、基地局３の表示部３６と略同様の内容を表示させるためのものである。入力部４８は、オペレータの指示で各種データの入力を行うものである。電源４９は、観光船４の動力源から供給されるようにしても、太陽電池で構成してもかまわない。
【００３６】
次に、図６に示す模式図に従って、水中観光ビジネスに水中生体位置特定システムを利用する場合の概略を説明する。
ここでは、基地局３と、水中聴音機２(1)，２(2)，２(3)とが、海岸線Ｌ上に略等間隔に配置され、陸固定型の水中聴音機として機能するようになっている。なお、水中聴音機２(1)，２(2)，２(3)は、ボルトで陸上に固定されている。また、水中聴音機２(4)，２(5)，…，２(9)が、海面上に適宜配置され、基地局３と、水中聴音機２(1)，２(2)，２(3)とで囲まれる通常観光海域Ｌ１内の水中生体Ｘを測位するようになっている。ここで、通常観光海域Ｌ１は、観光船４が規定の時間内で遊覧するのに必要充分な範囲としている。つまり、この通常観光海域Ｌ１から離れると、規定の時間以上の時間が必要となることとしている。
【００３７】
さらに、水中聴音機２(10)，２(11)，２(12)が、通常観光海域Ｌ１から離れた海域に設けられている。これらの水中聴音機２(10)，２(11)，２(12)は、特別観光海域Ｌ２の海域の水中生体Ｘを測位するようになっている。この特別観光海域Ｌ２は、通常観光海域Ｌ１から外れるが、人気のあるまたはめずらしい水中生体Ｘの餌場などである。例えば、ウミガメＴ、イルカ、鯨等の水中生体が表れたときに、水中聴音機２(10)，２(11)，２(12)で音波を受信して、基地局３に音波の到来方位を電波で送信し、測位し、観光船４に通知することで、観光船４を特別観光海域Ｌ２に導くことができる。そのため、本発明の水中生体位置特定システムは、このような特別観光海域Ｌ２での水中生体Ｘの測位に有用である。なお、観光船４で表示部４７（図５参照）の海図画面上に、時間に対する位置の関係をプロットすれば水中生体の動向を把握することもできる。
【００３８】
次に、図７に示すフローチャートに従って、前記構成の水中生体位置特定システムの全体の処理の一例を説明する。
観光船４では、水中生体の観賞リクエストが観光客からあると、添乗員等が入力部４８を操作して、無線部４２により、観光船４を識別する船ＩＤ、対象の水中生体Ｘの測位要求、対象の水中生体Ｘを識別する水中生体ＩＤを電波に乗せて発信する（Ｓ１）。
基地局３では、観光船４から船ＩＤ、無線部３３により測位要求、水中生体ＩＤを受信すると（Ｓ２）、全ての水中聴音機２に対して順番に、測位要求、水中生体ＩＤを発信する（Ｓ３）。
【００３９】
水中聴音機２では、無線部２４により測位要求、水中生体ＩＤを受信すると（Ｓ４）、所定周波数の音波を音波発信部２１から発信する（Ｓ５）。
そして、音波発信機１では、聴音部１０により所定周波数の音波を受信すると（Ｓ６）、所定周波数の音波を音波発信部１１から発信する（Ｓ７）。このとき、音波発信機１は、複数の水中聴音機２からの音波を受信することになるため、最初に受信してから所定時間経過後に音波を発信するように設定しておけばよい。
【００４０】
次に、水中聴音機２では、聴音部２０が所定周波数の音波を受信すると（Ｓ８）、到来方位を測定し、聴音部２０は到来方位を特定し、計時部２７が音波の到来した到来時刻を計る（Ｓ９）。そして、無線部２４により、到来方位、到来時刻、水中生体ＩＤ、聴音機ＩＤを電波として発信する（Ｓ１０）。
【００４１】
そして、基地局３では、無線部３３により、到来方位、到来時刻、水中生体ＩＤ、聴音機ＩＤを受信すると（Ｓ１１）、演算処理部３２により、水中生体Ｘの位置を解析する（Ｓ１２）。その解析後は、無線部３３により、水中生体ＩＤおよび水中生体の位置情報の解析結果は、観光船４に向けて送信する（Ｓ１３）。
【００４２】
これにより、観光船４では、無線部４２により、水中生体ＩＤおよび水中生体の位置情報を受信すると（Ｓ１４）、ＧＰＳ受信部４４により、ＧＰＳ測位処理を行って（Ｓ１５）、現在の観光船４の位置（経度・緯度）を特定し、表示部４６に表示している海図画面上に、対象の水中生体Ｘの位置（経度・緯度）と観光船４の位置（経度・緯度）とをプロットする（Ｓ１６）。
【００４３】
したがって、観光船４では、対象の水中生体Ｘの位置を表示部４７の海図画面上で確認できるため、対象の水中生体Ｘの位置までの航程を容易に把握することができるようになる。
【００４４】
次に、図８〜図１０を参照して、実施形態の変形例を説明する。
図８に示すように、水中生体Ｘに装着する音波発信機１には、聴音部１０、音波発信部１１、電池１２の他に、演算処理部１３、記憶部１４、計時部１５などを備えるようにしてもよい。演算処理部１３は、計時部１５により計られた時刻に、音波発信部１１からの音波の発信や、記憶部１４から自らを識別する発信機ＩＤの記憶などの処理を実行する。
【００４５】
図９に示すフローチャートに従って、計時部１５により計られた時刻に、音波発信部１１による音波の発信処理を説明する。
計時部１５は、電源オン（Ｓａ１）から時刻を計り始める（Ｓａ２）。したがって、水中生体Ｘに装着されたときに、計時部１５の時刻合わせを行っておく。次に、演算処理部１３は発信時刻になったか否かを判定する（Ｓａ３）。この発信時刻は、例えば、観光船４が遊覧を開始する時刻などを記憶部１４に登録しておき、演算処理部１３がそれを読み出して、判断することができる。そして、演算処理部１３は、その時刻になるまでステップＳａ２に戻り（Ｓａ３のＮｏ）、その時刻になったら（Ｓａ３のＹｅｓ）、音波発信部１１に通電して待機状態から復帰させ（Ｓａ４）、音波を発信させる（Ｓａ５）。
【００４６】
次に、図１０に示すフローチャートに従って、識別情報に基づいて水中生体Ｘを区別する場合の水中聴音機２と音波発信機１との処理を説明する。なお、図７と異なる処理のみ説明する。
水中聴音機２では、測位要求、水中生体ＩＤを受信すると（Ｓ４）、音波発信部２１から測位要求、水中生体ＩＤを送信する（Ｓ１７）。
音波発信機１では、聴音部１０により、音波に乗せて送信された、測位要求、水中生体ＩＤを受信すると（Ｓ１８）、音波発信部１１により、水中生体ＩＤを発信する（Ｓ１９）。
一方、水中聴音機２では、聴音部２０が水中生体ＩＤの音波を受信すると（Ｓ２０）、到来方位を測定し、聴音部２０は到来方位を特定し、計時部２７が音波の到来した到来時刻を計る（Ｓ２１）。そして、到来方位、到来時刻、水中生体ＩＤ、聴音機ＩＤを無線部２４により電波として発信する（Ｓ１０）。
【００４７】
ところで、水中聴音機２が、音波の到来方位を特定するためには、理論的には特定の方向からの音波しか聴き取れないため、現実的には特定の方向からの音波の受信音量が最大になる指向性があるものが望ましい。
そこで、最後に、図１１および図１２を参照して、水中聴音機２の変形例を説明する。
図１１に示すように、この変形例１の水中聴音機２は、海面下で軸部２ｇを回転させて、軸部２ｇに取り付けた聴音部２ｈを回転させて音波の受信を行う構成である。この構成によれば、水中聴音機２の数は各場所ごとに一つでよく、安価に製造することが可能である。
【００４８】
図１２に示すように、この変形例２の水中聴音機２は、聴音部筐体部２ｃに複数の聴音部２ｉを同心円状に配列した構成である。この構成によれば、聴音部２ｉとしては受信するのみであるため消費電力は少なくて済み、各聴音部２ ｉで受信する時刻が同一となり測定誤差に対する影響を無くせるという利点がある。
【００４９】
前記実施形態によれば、水面下で回遊する水中生体の位置をリアルタイムに測位すると共に、その測位により得た位置情報をほぼリアルタイムに容易にかつ高精度に取得することができる。また、観光の目玉になるような希望の水中生体に、容易に顧客を遭遇させることができる。また、危険な水中生体等を避けることもできる。
【００５０】
また、例えば、モバイル端末における視聴率データを収集して、顧客ニーズのある水中生体にあらかじめ音波発信機を取り付けて水中を回遊させておくようにしてもよい。この場合には、顧客ニーズにあった観光案内を行うことができるため、新しい市場とニーズを開拓することもできる。
【００５１】
なお、前記実施形態では、水中生体として魚ＦやウミガメＴを例に説明したが、これらに限るものではなく、位置特定の用途に応じて、適宜な水中生体を対象とすればよい。例えば、熱帯魚、イルカ、鯨、サメであってもよい。また、さらに、人（ダイバ）であってもよい。
【００５２】
また、本発明では、鳴き声を発しない水中生体に対して有効な位置の特定を行うものであって、水中生体に対して音波発信機１を取り付けて、その音波発信機１からの音波を受信することで位置を特定するものであるが、イルカや鯨等のように鳴き声を発する水中生体の場合には、その鳴き声を水中聴音機２で受信して、位置を特定するようにしてもよい。しかし、これらの鳴き声を発する水中生体に対しても、本発明の場合には、装着させる音波発信機１の周波数や信号に含まれる識別ＩＤ等を異なるものとすることにより、イルカや鯨等の個体自体を識別することもできる。
【００５３】
また、ＧＰＳアルゴスシステムなどを併用することにより、水中での位置の補正を行うようにしてもよい。つまり、水中聴音機２で水中での位置を略リアルタイムに特定しても、誤差が生じることがあるため、ＧＰＳ衛星５からの電波が受信可能な深さまで水中生体が浮上した場合には、そのときの基地局３で特定した位置を測位信号に基づいて測位した位置と比較して補正するようにしてもよい。また、同様に、水中聴音機２の補正を行うようにしてもよい。
【００５４】
また、前記実施形態では、水中聴音機２と基地局３との間は、無線により通信を行う場合を説明したが、有線であってもよい。有線には、光ファイバも含むものとする。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の実施形態における水中生体位置特定システムの概略を説明する図である。
【図２】図１に示した水中生体位置特定システムにおける測位方法を説明する図である。
【図３】図１に示した水中生体位置特定システムに用いる水中聴音機の外観を説明する概略斜視図である。
【図４】図１に示した水中生体位置特定システムに用いる音波発信機の取り付け例を説明する図である。（Ａ）は魚への取り付け例、（Ｂ）はウミガメへの取り付け例を示している。
【図５】図１に示した水中生体位置特定システムの構成を説明するブロック図である。
【図６】図１に示した水中生体位置特定システムの利用例の概念を説明する模式図である。
【図７】図１に示した水中生体位置特定システムの利用例における各装置間の情報の流れを考慮した全体の流れを説明するフローチャートである。
【図８】図１に示した水中生体位置特定システムに用いる音波発信機の他の例の構成を説明するブロック図である。
【図９】図９に示した音波発信機の処理を説明するフローチャートである。
【図１０】図８に示した音波発信機および図１０に示した水中聴音機を用いた水中生体位置特定システムの利用例における各装置間の情報の流れを考慮した流れを説明するフローチャートである。
【図１１】図１に示した水中生体位置特定システムに用いる水中聴音機の変形例１の外観を説明する概略斜視図である。
【図１２】図１に示した水中生体位置特定システムに用いる水中聴音機の変形例２の外観を説明する概略斜視図である。
【符号の説明】
【００５６】
１ 音波発信機
２ 水中聴音機
３ 基地局
１５ 計時部
２０ 聴音部
２４ 無線部（送信部）
３２ 演算処理部
３３ 無線部（送信部）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水中生体の水面下での位置を特定するものに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ウミガメ、イルカ、鯨等の水中生体の位置を特定して動向を調査する方法としては、呼吸のために所定時間ごとに水面に浮上する習性を利用して、水面上に浮上しているときにＧＰＳ（Global Positioning System）衛星からの電波を受信し、測位を行って位置を特定するタグを取り付けて、タグに内蔵する記憶媒体に測位情報を記憶しておき、後に回収する方法が知られている。
【０００３】
また、アルゴス送信機を搭載したタグを水中生体に取り付けて回遊させ、水面上に浮上しているときに電波を送信させ、ＮＯＡＡ（National Oceanic and Atmospheric Administration）衛星等の気象衛星を経由して処理センタで測位結果等を受信するＧＰＳアルゴスシステムが利用されることもある（例えば、非特許文献１，２参照）。
【０００４】
また、通常水面上に浮上しないマグロ等の魚の場合には、照度センサを用いて位置・経路を推定しつつ記憶するポップアップタグを取り付けておき、所定時間経過後に自動的に魚体から切り離して水面上に浮上させ、ポップアップタグに搭載されるアルゴス送信機を利用して測定データ等を取得する方法も知られている（例えば、非特許文献１，３参照）。
【０００５】
【非特許文献１】宇宙科学研究所報告 特集 第４５号 ２００３年３月 [平成17年3月19日検索] インターネット＜ＵＲＬ：http://www.isas.ac.jp/publications/hokokuSP/hokokuSP45/11-22.pdf＞
【非特許文献２】「明石で孵化したアカウミガメの放流と人工衛星での追跡」アカウミガメアルゴス追跡調査IN明石実行委員会 NPO法人 日本ウミガメ協議会 会長 亀崎 直樹 [平成17年3月19日検索] インターネット＜ＵＲＬ：http://www.eonet.ne.jp/~argos-akashi/saisyuusoukatu.htm＞
【非特許文献３】「ポップアップ式衛星通信型タグによるまぐろ・かじき類調査の現況」 海洋 Ｎｏ．１１２（Ｍａｙ ２００３） １８〜２３ページ 高橋未緒 齋藤広和 [平成17年3月14日検索] インターネット＜ＵＲＬ：http://ss.enyo.affrc.go.jp/EnyoNews/No112.pdf＞
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、前記した水中生体の位置をＧＰＳ技術で特定する方法では、浮上時のみの測位となり後に回収するため、リアルタイムに水中での位置を特定することができない。また、非特許文献１，２の場合には、実際には、処理センタから計測データを取得する時間や解析時間等が掛かるため、数時間前までの位置と移動軌跡を特定するのが限界である。また、非特許文献１，３の場合には、照度センサによりリアルタイムに位置・移動を記憶できるが、所定期間（約１年）経過後にポップアップタグの測定データを回収するため、結果の取得という点からはリアルタイム性にかける。
【０００７】
そこで、本発明は、水面下で回遊する水中生体の位置をリアルタイムに測位すると共に、その測位により得た位置情報をほぼリアルタイムに取得するという課題を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の水中生体位置特定システムは、対象の水中生体に装着させた音波発信機から音波を発信させ、水面に浮かせた少なくとも２台の水中聴音機により聴音し、各水中聴音機で受信した音波の到来方位を特定し、音波に乗せて送信された水中生体を識別する信号と到来方位データとを電波に乗せて発信し、基地局で受信して、各水中聴音機で受信した音波の到来方位の関係から対象の水中生体に装着させた音波発信機の存在する水域を推定して、対象の水中生体の位置を特定する。
【発明の効果】
【０００９】
したがって、本発明によれば、水面下で回遊する水中生体の位置をリアルタイムに測位すると共に、その測位により得た位置情報をほぼリアルタイムに容易にかつ高精度に取得することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１に示すように、本発明の水中生体位置特定システムは、魚ＦやウミガメＴ等の対象の水中生体に音波発信機１（１(1)，１(2)）を取り付けて海や川等の水中を回遊させ、その音波発信機１から発信される音波を水面に浮上している複数の水中聴音機２で受信して、各水中聴音機２が受信した音波の到来方位に関するデータ（到来方位データ）を基地局３に電波で送信し、その到来方位データを受信した基地局３で、到来方位の関係から各水中聴音機２に対する水中生体（音波発信機１）の位置を特定するものである。
【００１１】
そして、基地局３は特定した位置情報を観光船４に送る。位置情報を受けた観光船４は、特定した位置に向けて移動し、搭乗する観光客に対象の水中生体を観賞させる。
なお、この実施形態の水中生体位置特定システムは、このように、観光船４に乗船する観光客に魚Ｆやウミガメ等の対象の水中生体を観賞させる水中観光ビジネスに適用する場合を例にして説明するが、その適用例はこれに限らず、例えば調査を目的としたものに適用してもよい。
【００１２】
次に、図２に従って、水中生体位置特定システムにおける測位方法を説明する。
各水中聴音機２（２(1)，２(2)，２(3)，２(4)，２(5)）は、魚Ｆに取り付けられた音波発信機１(1)から発信された音波が略球面波状に伝播されることを利用し、その音波の到来方位を所定の広がりを持って特定する。図２では、到来方位の範囲は、各水中聴音機２（２(1)，２(2)，２(3)，２(4)，２(5)）と魚Ｆの音波発信機１(1)との間を、前者から後者に向かって次第に離間する（広がる）２本の線で表しているが、３次元空間上では略円錐台形状に広がる範囲である。
【００１３】
そのため、各水中聴音機２（２(1)，２(2)，２(3)，２(4)，２(5)）は、到来方位を、その範囲として特定することになる。そして、基地局３は、各水中聴音機２（２(1)，２(2)，２(3)，２(4)，２(5)）から各到来方位の範囲を受け取り、各範囲が重なる領域Ｑ内に音波発信機１(1)が存在するため、その領域Ｑを求め、その範囲を対象の位置として特定する。
【００１４】
ところで、その領域Ｑは、例えば、次のように求めることができる。
前提として、各水中聴音機２（２(1)，２(2)，２(3)，２(4)，２(5)）は、後記するように、アンカにより係留され、その位置を固定されている。そのため、各水中聴音機２（２(1)，２(2)，２(3)，２(4)，２(5)）同士の間の距離もそれぞれ決定されている。その上で、前記したとおり、各水中聴音機２（２(1)，２(2)，２(3)，２(4)，２(5)）は、音波発信機１(1)からの音波の到来方位の範囲を特定する。そのため、１辺とその両端の角度との関係から三角法に基づいて、魚Ｆ（音波発信機１(1)）の存在する点の群が算出できる。その結果、各水中聴音機２（２(1)，２(2)，２(3)，２(4)，２(5)）について、その点の群を算出し、全てが重なる点の群を求めると、各水中聴音機２（２(1)，２(2)，２(3)，２(4)，２(5)）に対する領域Ｑの位置（位置座標群）を算出することができる。
【００１５】
ここで、到来方位を測定する場合に生じる測定誤差の要因１〜４について説明する。
１．水中聴音機２の方位測定能力(方位分解能)、２．波浪やうねり、船舶の通過、更には風による水中聴音機２の動揺、３．水温、塩分濃度などの水の分布、４．後記アンテナを回転させる機構の場合の測定時間差等の要因が挙げられる。いずれの要因も無くすことは困難であるが、少なくすることは考慮に値する。
そこで、１．の要因は技術的な観点からも、コスト的な観点からも限界があるが水中聴音機２の性能をよくすればよい。２．の要因も水面にある以上動揺は無くなることは無いが、固定を強固にすればよい。３．の要因は水中生体と水中聴音機２との間の距離が短ければ無視できる範囲である。４．の要因はアンテナの回転を速くすればよい。
【００１６】
ただ、測定誤差を少なくするために一番簡易で有効な方法は、水中聴音機２の設置数を増やすことである。２方向の到来方位では誤差は大きく水中生体の測定位置は大きな範囲となってしまうが、例えば３方向に増やすことでその範囲を小さくなる。さらに、設置数を４・５・・台（方向）と増やしていけば測定位置はさらに小さくなっていく。
【００１７】
以上のことから、水中生体の方位は特定できると考えられる。但し、水中は３次元であるため、生体の位置を特定するためには深さに関しても特定する必要がある。一つには、水中生体に深度計を取り付け、発信する音波情報としてその深度を発信する方法がある（特開平８−６１９５２号公報参照）。
【００１８】
そこで、水中聴音機２を複数の深度にならべ、その中でもっとも早い時間に受信した深度を水中生体の深度とするようにしてもよい。例えば、深度５ｍ、１０ｍ、１５ｍ・・・というように配置する。そして、１０ｍ、１５ｍの水中聴音機２の順に早く受信したとすれば、１０〜１２．５ｍの間の深さにあり、二つの水中聴音機２が受信した時間の差が大きい程深度は１０ｍに近いことになり、その値は計算によって求めることができる。
また、望ましい水中聴音機２の配置に関しては、水中の透明度、要するに水のにごりぐあいにより何ｍ先まで見渡せるのかという点と、水中聴音機２の到来方位の角度測定誤差に応じて異なるものとなる。なお、当然透明度が高い程、また、角度誤差が小さい程、水中聴音機２の配置間隔は広くするようにしてもよい。
【００１９】
また、各水中聴音機２（２(1)，２(2)，２(3)，２(4)，２(5)）は、ＧＰＳ衛星等からの測位情報を受信し、経度・緯度を測位しておくことにより、領域Ｑの位置を経度・緯度で表すことができる。また、各水中聴音機２（２(1)，２(2)，２(3)，２(4)，２(5)）は、陸上の位置が特定された地点を基準としてトランシットなどにより測量し、経度・緯度を求めておくようにしてもよい。なお、以下では、各水中聴音機２は、位置が特定されており、水により流されることもない理想的な場合を想定して説明する。
【００２０】
次に、図３に示す概略斜視図に従って、水中聴音機２の外観を説明する。
この水中聴音機２は、フロート部２ａと、水面下筐体部２ｂと、聴音部筐体部２ｃと、ケーブル２ｄと、アンカ２ｅと、アンテナ筐体部２ｆとを主に備えている。フロート部２ａは、水に対する浮力を与えるものであり、水面（海面）の境界に位置する状態を図示してある。水面下筐体部２ｂは、制御基板や電池等が収納されるものであり、水密性を持たせて構成されている。聴音部筐体部２ｃは、音波を受信する後記聴音部を収容するものである。なお、水中聴音機２を水面上にフロート部２ａにより浮上させているのは、アンテナ筐体部２ｆ内の後記アンテナを水面上に配置させなければならないからである。
【００２１】
ケーブル２ｄおよびアンカ２ｅは、水中聴音機２本体を水面の定位置に停留させるものである。ケーブル２ｄに水密性を持たせ、その内側に電気ケーブルを通し、アンカ２ｅの部分に後記聴音部を内蔵して接続するようにしてもよい。この場合、水底に聴音部（２ｃ）を配するため、水の深さ方向に伝播する音波を受信することになり、深さ方向の位置をより正確に特定することができるようになる。
アンテナ筐体部２ｆは、後記アンテナが内蔵され、基地局３（図１参照）との電波による通信を可能にする。また、必要に応じてＧＰＳ衛星からの電波を受信する衛星用アンテナを内蔵するようにしてもよい。
【００２２】
次に、図４を参照して、水中生体への音波発信機１の取り付け例を説明する。図１にも示してあるが、（Ａ）に示すように、魚Ｆの場合には、尾ひれのくびれた部分に輪状の音波発信機１(1)を取り付けるものとする。なお、輪状の音波発信機１(1)には、後記音波発信部等を含む電子部品を内蔵して水密性を持たせてある。
また、魚Ｆ等の水中生体には、音波発信機１(1)に固着した針などで打ち込んで取り付けるようにしてもよいが、生命尊重の観点や流れる血により天敵（サメ）などを呼び寄せる観点からも望ましくない。特に、観賞用として水中生体に取り付ける場合には、美観的にも望ましくない。そのため、図に示すように、尾ひれなどのくびれた部分に嵌めたり、口内部の歯に打ち込むなどの方法によることが望ましい。
【００２３】
また、（Ｂ）ウミガメＴのように硬い平らな面をもつ水中生体の場合には、音波発信機１(2)を接着剤により接着するようにしてもよい。なお、甲羅の成長などから所定の期間経過後は剥がれるようにするのが望ましい。
【００２４】
次に、図５に示すブロック図に従って、水中生体位置特定システムの構成を説明する。
この水中生体位置特定システムは、水中生体Ｘに装着する音波発信機１と、水面（海面）に浮上させる水中聴音機２と、基地局３と、観光船４と、ＧＰＳ衛星５とにより構築されるものである。以下、各装置ごとに説明する。なお、水中聴音機２等は、便宜上１台しか示していない。
【００２５】
音波発信機１は、聴音部１０と、音波発信部１１と、電池１２とを内蔵している。
聴音部１０は、後記するように、水中聴音機２や基地局３、さらには必要に応じて観光船４から発信された音波を受信するものである。音波発信部１１は、所定の周波数の音波を出力するものである。ここで、所定の周波数とは、区別したい水中生体Ｘごとに異なるものを設定することとする。電池１２は、聴音部１０や音波発信部１１に電力を供給するものである。なお、音波発信機１は、一つの水中生体に一生装着させるのも酷とも考えられるため、水中生体の寿命が数年の種の場合には、１年位をめどに同一種の他の水中生体に交換するのが望ましい。また、この電池の寿命に合わせて、自動的に魚Ｆ等の水中生体から音波発信機１自体が外れるようにしてもよい。
【００２６】
また、電池１２は、蓄電池とし、図示しない水車式の発電機を音波発信機１に取り付け、魚Ｆ等の水中生体が水面下を回遊するときの水流により発電させ、充電させるようにしてもよい。なお、電池を設けず、発電機のみとしても構わない。
水中であっても、比較的浅瀬を回遊する水中生体に関しては、太陽光線により充電可能な場合があるため、このような場合には太陽電池を用いてもよい。但し、この場合も、夜間は発電できないため、蓄電池や夜間のみ作動する電池を備えることが望ましい。
【００２７】
また、音波発信機１の電源は、頻繁に充電や電池交換は困難であるため、消費する電力を少なくすることが望ましい。例えば、その方法として、以下二つの方法が考えられる。一つは、音波の送信は定期的に運用モードに移行して行うこととし、そのときのみ電源を投入し、それ以外は待機モード、つまり、時刻カウント部のみ電源が投入されている低消費電力状態にしておく方法である。但し、この方法では、使用者が望むときにデータを得ることができない。
【００２８】
そのため、もう一つは、待機モードとして常時送信側電源は切断し、受信側のみ電源を投入する低消費電力状態にしておく。そして、基地局３から水中聴音機２を通して送信要求があった場合のみ運用モードに移行して送信側電源を投入、音波を送信する方法である。この場合、位置が特定しており水上にあるため比較的電源の確保が容易な基地局３や水中聴音機２の送信電力を大きくすることで、音波発信機１の受信時の消費電力を少なくすることができ、充電やバッテリ交換の期間を延ばすことができる。
【００２９】
ところで、水中聴音機２は、前記したような外観を有し、聴音部２０と、音波発信部２１と、変調部２２と、周波数変換部２３と、無線部（送信部）２４と、アンテナ２５と、電池２６と、記憶部２７と、計時部２８とを備えている。聴音部２０は、音波発信機１に受信させるための音波を水中に向けて発信するものである。音波発信部２１は、音波を発信するものである。変調部２２は、音波として受信した信号を変調し、信号を所定の音波として音波発信部２１から発信するように変調するものである。周波数変換部２３は、音波として出力するための信号を高周波帯の信号に変換し、高周波帯の信号を所定周波数の信号に変換するものである。
【００３０】
無線部２４は、アンテナ２５を介して基地局３に電波を送信し、基地局３から送信された電波をアンテナ２５を介して受信するのを制御するものである。アンテナ２５は、基地局３との間の無線通信のための電波を送受信するものである。そのため、前記したとおり、ＧＰＳ衛星５の電波を受信する場合などには専用アンテナをさらに備えるものとする。また、電池２６は、各部に電力を供給するものである。この電池２６は、太陽電池とするのが望ましい。その他、交換型のものでもよい。なお、アンテナ２５は、水中聴音機２が水面上に浮いた状態にて運用されることにより、波浪やうねり、船舶の通過、更には風にて動揺することがあるため、指向性が無いか指向性の広いものが望ましい。記憶部２７は、各種データを記憶するものである。計時部２８は、時を計るものであり、例えば、音波発信機１からの音波を受信した時刻（時間）を計る。
【００３１】
基地局３は、音波発信部３０と、聴音部３１と、演算処理部３２と、無線部３３と、アンテナ３４と、記憶部３５と、表示部３６と、入力部３７と、商用電源部３８と、計時部３９とを備えている。なお、基地局３は、陸地に設置されるものとするが、音波発信部３０および聴音部３１は、配線ケーブルなどを介して水中に設置されるものとする。また、音波発信部３０および聴音部３１を備えた基地局３は、陸固定型の水中聴音機として機能するものとする。
【００３２】
音波発信部３０は、音波発信機１に受信させるための音波を水中に向けて発信するものである。聴音部３１は、音波を受信するものである。演算処理部３２は、各種プログラムにより基地局３の全体の処理を司るものである。無線部３３は、水中聴音機２や観光船４との間の無線通信の制御を行うものである。アンテナ３４は、水中聴音機２や観光船４との間の電波の送受信を行うものである。なお、ここでも、ＧＰＳ衛星５からの電波を受信する場合には、衛星用アンテナを備えるようにすればよい。また、基地局３では、変調部２２や周波数変換部２３を備えていないが、演算処理部３２がそれらの機能のプログラムを実行することにより実現できる。
【００３３】
記憶部３５は、水中生体Ｘ、音波発信機１、水中聴音機２、基地局３、観光船４等を識別する識別情報や各位置情報等の各種データや各種プログラムを記憶するものである。表示部３６は各種情報を表示するものであり、特に、地図（海図）データと共に、各水中聴音機２、基地局３、観光船４および音波発信機１の現在位置を重ねて表示させるためのものである。入力部３７は、オペレータの指示で各種データの入力を行うものである。商用電源部３８は、入力される交流電力を直流電力に変換して、基地局３を構成する各部に電力を供給するものである。計時部３９は、計時部２８と同様に、時を計るものである。
【００３４】
観光船４は、聴音部４０と、演算処理部４１と、無線部４２と、アンテナ４３と、ＧＰＳ受信部４４と、アンテナ４５と、記憶部４６と、表示部４７と、入力部４８とを備えている。なお、図示しない音波発信部を設けてもよい。各部は、観光船４に一つの装置として備えられているというよりも、別体のものとして備え付けられているものとする。聴音部４０は、音波を受信するものである。演算処理部４１は、全体の処理を司るものである。
【００３５】
無線部４２は、水中聴音機２や観光船４との間の無線通信の制御を行うものである。アンテナ４３は、水中聴音機２や観光船４との間の電波の送受信を行うものである。ＧＰＳ受信部４４は、ＧＰＳ衛星５からの測位信号を用いて測位を行うものである。アンテナ４５は、ＧＰＳ衛星５からの電波を受信するものである。記憶部４６は、各種データやプログラムを記憶するものであり、基地局３の記憶部３５と略同様のデータを記憶する。表示部４７は、各種情報を表示するものであり、特に、基地局３の表示部３６と略同様の内容を表示させるためのものである。入力部４８は、オペレータの指示で各種データの入力を行うものである。電源４９は、観光船４の動力源から供給されるようにしても、太陽電池で構成してもかまわない。
【００３６】
次に、図６に示す模式図に従って、水中観光ビジネスに水中生体位置特定システムを利用する場合の概略を説明する。
ここでは、基地局３と、水中聴音機２(1)，２(2)，２(3)とが、海岸線Ｌ上に略等間隔に配置され、陸固定型の水中聴音機として機能するようになっている。なお、水中聴音機２(1)，２(2)，２(3)は、ボルトで陸上に固定されている。また、水中聴音機２(4)，２(5)，…，２(9)が、海面上に適宜配置され、基地局３と、水中聴音機２(1)，２(2)，２(3)とで囲まれる通常観光海域Ｌ１内の水中生体Ｘを測位するようになっている。ここで、通常観光海域Ｌ１は、観光船４が規定の時間内で遊覧するのに必要充分な範囲としている。つまり、この通常観光海域Ｌ１から離れると、規定の時間以上の時間が必要となることとしている。
【００３７】
さらに、水中聴音機２(10)，２(11)，２(12)が、通常観光海域Ｌ１から離れた海域に設けられている。これらの水中聴音機２(10)，２(11)，２(12)は、特別観光海域Ｌ２の海域の水中生体Ｘを測位するようになっている。この特別観光海域Ｌ２は、通常観光海域Ｌ１から外れるが、人気のあるまたはめずらしい水中生体Ｘの餌場などである。例えば、ウミガメＴ、イルカ、鯨等の水中生体が表れたときに、水中聴音機２(10)，２(11)，２(12)で音波を受信して、基地局３に音波の到来方位を電波で送信し、測位し、観光船４に通知することで、観光船４を特別観光海域Ｌ２に導くことができる。そのため、本発明の水中生体位置特定システムは、このような特別観光海域Ｌ２での水中生体Ｘの測位に有用である。なお、観光船４で表示部４７（図５参照）の海図画面上に、時間に対する位置の関係をプロットすれば水中生体の動向を把握することもできる。
【００３８】
次に、図７に示すフローチャートに従って、前記構成の水中生体位置特定システムの全体の処理の一例を説明する。
観光船４では、水中生体の観賞リクエストが観光客からあると、添乗員等が入力部４８を操作して、無線部４２により、観光船４を識別する船ＩＤ、対象の水中生体Ｘの測位要求、対象の水中生体Ｘを識別する水中生体ＩＤを電波に乗せて発信する（Ｓ１）。
基地局３では、観光船４から船ＩＤ、無線部３３により測位要求、水中生体ＩＤを受信すると（Ｓ２）、全ての水中聴音機２に対して順番に、測位要求、水中生体ＩＤを発信する（Ｓ３）。
【００３９】
水中聴音機２では、無線部２４により測位要求、水中生体ＩＤを受信すると（Ｓ４）、所定周波数の音波を音波発信部２１から発信する（Ｓ５）。
そして、音波発信機１では、聴音部１０により所定周波数の音波を受信すると（Ｓ６）、所定周波数の音波を音波発信部１１から発信する（Ｓ７）。このとき、音波発信機１は、複数の水中聴音機２からの音波を受信することになるため、最初に受信してから所定時間経過後に音波を発信するように設定しておけばよい。
【００４０】
次に、水中聴音機２では、聴音部２０が所定周波数の音波を受信すると（Ｓ８）、到来方位を測定し、聴音部２０は到来方位を特定し、計時部２７が音波の到来した到来時刻を計る（Ｓ９）。そして、無線部２４により、到来方位、到来時刻、水中生体ＩＤ、聴音機ＩＤを電波として発信する（Ｓ１０）。
【００４１】
そして、基地局３では、無線部３３により、到来方位、到来時刻、水中生体ＩＤ、聴音機ＩＤを受信すると（Ｓ１１）、演算処理部３２により、水中生体Ｘの位置を解析する（Ｓ１２）。その解析後は、無線部３３により、水中生体ＩＤおよび水中生体の位置情報の解析結果は、観光船４に向けて送信する（Ｓ１３）。
【００４２】
これにより、観光船４では、無線部４２により、水中生体ＩＤおよび水中生体の位置情報を受信すると（Ｓ１４）、ＧＰＳ受信部４４により、ＧＰＳ測位処理を行って（Ｓ１５）、現在の観光船４の位置（経度・緯度）を特定し、表示部４６に表示している海図画面上に、対象の水中生体Ｘの位置（経度・緯度）と観光船４の位置（経度・緯度）とをプロットする（Ｓ１６）。
【００４３】
したがって、観光船４では、対象の水中生体Ｘの位置を表示部４７の海図画面上で確認できるため、対象の水中生体Ｘの位置までの航程を容易に把握することができるようになる。
【００４４】
次に、図８〜図１０を参照して、実施形態の変形例を説明する。
図８に示すように、水中生体Ｘに装着する音波発信機１には、聴音部１０、音波発信部１１、電池１２の他に、演算処理部１３、記憶部１４、計時部１５などを備えるようにしてもよい。演算処理部１３は、計時部１５により計られた時刻に、音波発信部１１からの音波の発信や、記憶部１４から自らを識別する発信機ＩＤの記憶などの処理を実行する。
【００４５】
図９に示すフローチャートに従って、計時部１５により計られた時刻に、音波発信部１１による音波の発信処理を説明する。
計時部１５は、電源オン（Ｓａ１）から時刻を計り始める（Ｓａ２）。したがって、水中生体Ｘに装着されたときに、計時部１５の時刻合わせを行っておく。次に、演算処理部１３は発信時刻になったか否かを判定する（Ｓａ３）。この発信時刻は、例えば、観光船４が遊覧を開始する時刻などを記憶部１４に登録しておき、演算処理部１３がそれを読み出して、判断することができる。そして、演算処理部１３は、その時刻になるまでステップＳａ２に戻り（Ｓａ３のＮｏ）、その時刻になったら（Ｓａ３のＹｅｓ）、音波発信部１１に通電して待機状態から復帰させ（Ｓａ４）、音波を発信させる（Ｓａ５）。
【００４６】
次に、図１０に示すフローチャートに従って、識別情報に基づいて水中生体Ｘを区別する場合の水中聴音機２と音波発信機１との処理を説明する。なお、図７と異なる処理のみ説明する。
水中聴音機２では、測位要求、水中生体ＩＤを受信すると（Ｓ４）、音波発信部２１から測位要求、水中生体ＩＤを送信する（Ｓ１７）。
音波発信機１では、聴音部１０により、音波に乗せて送信された、測位要求、水中生体ＩＤを受信すると（Ｓ１８）、音波発信部１１により、水中生体ＩＤを発信する（Ｓ１９）。
一方、水中聴音機２では、聴音部２０が水中生体ＩＤの音波を受信すると（Ｓ２０）、到来方位を測定し、聴音部２０は到来方位を特定し、計時部２７が音波の到来した到来時刻を計る（Ｓ２１）。そして、到来方位、到来時刻、水中生体ＩＤ、聴音機ＩＤを無線部２４により電波として発信する（Ｓ１０）。
【００４７】
ところで、水中聴音機２が、音波の到来方位を特定するためには、理論的には特定の方向からの音波しか聴き取れないため、現実的には特定の方向からの音波の受信音量が最大になる指向性があるものが望ましい。
そこで、最後に、図１１および図１２を参照して、水中聴音機２の変形例を説明する。
図１１に示すように、この変形例１の水中聴音機２は、海面下で軸部２ｇを回転させて、軸部２ｇに取り付けた聴音部２ｈを回転させて音波の受信を行う構成である。この構成によれば、水中聴音機２の数は各場所ごとに一つでよく、安価に製造することが可能である。
【００４８】
図１２に示すように、この変形例２の水中聴音機２は、聴音部筐体部２ｃに複数の聴音部２ｉを同心円状に配列した構成である。この構成によれば、聴音部２ｉとしては受信するのみであるため消費電力は少なくて済み、各聴音部２ ｉで受信する時刻が同一となり測定誤差に対する影響を無くせるという利点がある。
【００４９】
前記実施形態によれば、水面下で回遊する水中生体の位置をリアルタイムに測位すると共に、その測位により得た位置情報をほぼリアルタイムに容易にかつ高精度に取得することができる。また、観光の目玉になるような希望の水中生体に、容易に顧客を遭遇させることができる。また、危険な水中生体等を避けることもできる。
【００５０】
また、例えば、モバイル端末における視聴率データを収集して、顧客ニーズのある水中生体にあらかじめ音波発信機を取り付けて水中を回遊させておくようにしてもよい。この場合には、顧客ニーズにあった観光案内を行うことができるため、新しい市場とニーズを開拓することもできる。
【００５１】
なお、前記実施形態では、水中生体として魚ＦやウミガメＴを例に説明したが、これらに限るものではなく、位置特定の用途に応じて、適宜な水中生体を対象とすればよい。例えば、熱帯魚、イルカ、鯨、サメであってもよい。また、さらに、人（ダイバ）であってもよい。
【００５２】
また、本発明では、鳴き声を発しない水中生体に対して有効な位置の特定を行うものであって、水中生体に対して音波発信機１を取り付けて、その音波発信機１からの音波を受信することで位置を特定するものであるが、イルカや鯨等のように鳴き声を発する水中生体の場合には、その鳴き声を水中聴音機２で受信して、位置を特定するようにしてもよい。しかし、これらの鳴き声を発する水中生体に対しても、本発明の場合には、装着させる音波発信機１の周波数や信号に含まれる識別ＩＤ等を異なるものとすることにより、イルカや鯨等の個体自体を識別することもできる。
【００５３】
また、ＧＰＳアルゴスシステムなどを併用することにより、水中での位置の補正を行うようにしてもよい。つまり、水中聴音機２で水中での位置を略リアルタイムに特定しても、誤差が生じることがあるため、ＧＰＳ衛星５からの電波が受信可能な深さまで水中生体が浮上した場合には、そのときの基地局３で特定した位置を測位信号に基づいて測位した位置と比較して補正するようにしてもよい。また、同様に、水中聴音機２の補正を行うようにしてもよい。
【００５４】
また、前記実施形態では、水中聴音機２と基地局３との間は、無線により通信を行う場合を説明したが、有線であってもよい。有線には、光ファイバも含むものとする。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の実施形態における水中生体位置特定システムの概略を説明する図である。
【図２】図１に示した水中生体位置特定システムにおける測位方法を説明する図である。
【図３】図１に示した水中生体位置特定システムに用いる水中聴音機の外観を説明する概略斜視図である。
【図４】図１に示した水中生体位置特定システムに用いる音波発信機の取り付け例を説明する図である。（Ａ）は魚への取り付け例、（Ｂ）はウミガメへの取り付け例を示している。
【図５】図１に示した水中生体位置特定システムの構成を説明するブロック図である。
【図６】図１に示した水中生体位置特定システムの利用例の概念を説明する模式図である。
【図７】図１に示した水中生体位置特定システムの利用例における各装置間の情報の流れを考慮した全体の流れを説明するフローチャートである。
【図８】図１に示した水中生体位置特定システムに用いる音波発信機の他の例の構成を説明するブロック図である。
【図９】図９に示した音波発信機の処理を説明するフローチャートである。
【図１０】図８に示した音波発信機および図１０に示した水中聴音機を用いた水中生体位置特定システムの利用例における各装置間の情報の流れを考慮した流れを説明するフローチャートである。
【図１１】図１に示した水中生体位置特定システムに用いる水中聴音機の変形例１の外観を説明する概略斜視図である。
【図１２】図１に示した水中生体位置特定システムに用いる水中聴音機の変形例２の外観を説明する概略斜視図である。
【符号の説明】
【００５６】
１ 音波発信機
２ 水中聴音機
３ 基地局
１５ 計時部
２０ 聴音部
２４ 無線部（送信部）
３２ 演算処理部
３３ 無線部（送信部）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水面下を回遊する水中生体の水面下での位置を特定する水中生体位置特定システムであって、
水面下を回遊中の当該水中生体に装着させた状態で音波を発信する音波発信機と、
前記音波発信機からの音波を受信し、その音波の到来方位を特定する聴音部、および、この聴音部により特定された音波の到来方位を音波受信結果として、有線または無線で送信する送信部を有する、水面に所定間隔離して浮上させる少なくも２台の水中聴音機と、
前記各水中聴音機から送信された当該音波受信結果を受信して、少なくとも２方向の音波の到来方位の関係から当該水中生体の水面下での位置を特定する基地局と、
を備えたことを特徴とする水中生体位置特定システム。
【請求項２】
当該水中生体ごとに異なる周波数の音波を発信する前記音波発信機を当該水中生体ごとに装着させ、
前記基地局では、音波の周波数に対応させて当該水中生体に関する情報を記憶する記憶部を備え、前記水中聴音機からの当該音波受信結果に基づいて、音波の周波数の違いに応じて識別した当該水中生体の位置を特定すること、
を特徴とする請求項１に記載の水中生体位置特定システム。
【請求項３】
当該水中生体ごとに異なる識別情報を音波に乗せて発信する前記音波発信機を当該水中生体ごとに装着させ、
前記基地局では、当該識別情報に対応させて当該水中生体に関する情報を記憶する記憶部を備え、当該識別情報を含む当該音波受信結果を前記水中聴音機から受信し、当該識別情報に応じて識別した当該水中生体の位置を特定すること、
を特徴とする請求項１に記載の水中生体位置特定システム。
【請求項４】
前記音波発信機は、時を計る計時部を備え、前記計時部により計れる所定時ごとに前記音波発信部から音波を発信すること、
を特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の水中生体位置特定システム。
【請求項５】
前記水中聴音機は、測位衛星からの測位情報を受信して測位を行う手段を備え、水面上の位置を特定すること、
を特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の水中生体位置特定システム。
【請求項６】
水面下を回遊する水中生体の水面下での位置を特定する水中生体位置特定システムに用いる、音波発信機であって、
水面下を回遊中の当該水中生体に装着させた状態で音波を発信する構成を備えたこと、
を特徴とする音波発信機。
【請求項７】
水面下を回遊する水中生体の水面下での位置を特定する水中生体位置特定システムに用いる、水中聴音機であって、
水面下を回遊中の当該水中生体に装着させた状態で音波を発信する音波発信機からの音波を受信し、その音波の到来方位を特定する聴音部と、
この聴音部により特定された音波の到来方位を音波受信結果として、有線または無線で送信する送信部とを有し、
水面に所定間隔離して少なくとも２台浮上させて配置すること、
を特徴とする水中聴音機。
【請求項８】
水面下を回遊する水中生体の水面下での位置を特定する水中生体位置特定システムに用いる、基地局であって、
水面下を回遊中の当該水中生体に装着させた状態で音波発信機から発信された音波を受信し、その音波の到来方位を特定して、その到来方位を音波受信結果とし、水面に所定間隔離して浮上させる水中聴音機の少なくも２台から有線または無線で送信される当該音波到来結果を受信する構成を備えたこと、
を特徴とする基地局。
【請求項９】
水面下を回遊する水中生体の水面下での位置を特定する水中生体位置特定システムに用いられる水中生体位置特定方法であって、
水面下を回遊中の当該水中生体に装着させた音波発信機から音波を発信させ、
前記音波発信機からの音波を受信し、その音波の到来方位を特定する聴音部、および、この聴音部により特定された音波の到来方位を音波特定結果として、有線または無線で送信する送信部を有する少なくとも２台の水中聴音機を、水面に所定間隔離して浮上させ、
前記音波発信機から発信された音波を受信する少なくとも２台の水中聴音機では、当該音波を受信して、その到来方位を特定し、特定した到来方位を音波特定結果として、有線または無線で送信し、
前記各水中聴音機から送信された当該音波特定結果を受信する基地局では、少なくとも２方向の音波の到来方位の関係から当該水中生体の水面下での位置を特定するようにしたこと、
を特徴とする水中生体位置特定方法。
【請求項１】
水面下を回遊する水中生体の水面下での位置を特定する水中生体位置特定システムであって、
水面下を回遊中の当該水中生体に装着させた状態で音波を発信する音波発信機と、
前記音波発信機からの音波を受信し、その音波の到来方位を特定する聴音部、および、この聴音部により特定された音波の到来方位を音波受信結果として、有線または無線で送信する送信部を有する、水面に所定間隔離して浮上させる少なくも２台の水中聴音機と、
前記各水中聴音機から送信された当該音波受信結果を受信して、少なくとも２方向の音波の到来方位の関係から当該水中生体の水面下での位置を特定する基地局と、
を備えたことを特徴とする水中生体位置特定システム。
【請求項２】
当該水中生体ごとに異なる周波数の音波を発信する前記音波発信機を当該水中生体ごとに装着させ、
前記基地局では、音波の周波数に対応させて当該水中生体に関する情報を記憶する記憶部を備え、前記水中聴音機からの当該音波受信結果に基づいて、音波の周波数の違いに応じて識別した当該水中生体の位置を特定すること、
を特徴とする請求項１に記載の水中生体位置特定システム。
【請求項３】
当該水中生体ごとに異なる識別情報を音波に乗せて発信する前記音波発信機を当該水中生体ごとに装着させ、
前記基地局では、当該識別情報に対応させて当該水中生体に関する情報を記憶する記憶部を備え、当該識別情報を含む当該音波受信結果を前記水中聴音機から受信し、当該識別情報に応じて識別した当該水中生体の位置を特定すること、
を特徴とする請求項１に記載の水中生体位置特定システム。
【請求項４】
前記音波発信機は、時を計る計時部を備え、前記計時部により計れる所定時ごとに前記音波発信部から音波を発信すること、
を特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の水中生体位置特定システム。
【請求項５】
前記水中聴音機は、測位衛星からの測位情報を受信して測位を行う手段を備え、水面上の位置を特定すること、
を特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の水中生体位置特定システム。
【請求項６】
水面下を回遊する水中生体の水面下での位置を特定する水中生体位置特定システムに用いる、音波発信機であって、
水面下を回遊中の当該水中生体に装着させた状態で音波を発信する構成を備えたこと、
を特徴とする音波発信機。
【請求項７】
水面下を回遊する水中生体の水面下での位置を特定する水中生体位置特定システムに用いる、水中聴音機であって、
水面下を回遊中の当該水中生体に装着させた状態で音波を発信する音波発信機からの音波を受信し、その音波の到来方位を特定する聴音部と、
この聴音部により特定された音波の到来方位を音波受信結果として、有線または無線で送信する送信部とを有し、
水面に所定間隔離して少なくとも２台浮上させて配置すること、
を特徴とする水中聴音機。
【請求項８】
水面下を回遊する水中生体の水面下での位置を特定する水中生体位置特定システムに用いる、基地局であって、
水面下を回遊中の当該水中生体に装着させた状態で音波発信機から発信された音波を受信し、その音波の到来方位を特定して、その到来方位を音波受信結果とし、水面に所定間隔離して浮上させる水中聴音機の少なくも２台から有線または無線で送信される当該音波到来結果を受信する構成を備えたこと、
を特徴とする基地局。
【請求項９】
水面下を回遊する水中生体の水面下での位置を特定する水中生体位置特定システムに用いられる水中生体位置特定方法であって、
水面下を回遊中の当該水中生体に装着させた音波発信機から音波を発信させ、
前記音波発信機からの音波を受信し、その音波の到来方位を特定する聴音部、および、この聴音部により特定された音波の到来方位を音波特定結果として、有線または無線で送信する送信部を有する少なくとも２台の水中聴音機を、水面に所定間隔離して浮上させ、
前記音波発信機から発信された音波を受信する少なくとも２台の水中聴音機では、当該音波を受信して、その到来方位を特定し、特定した到来方位を音波特定結果として、有線または無線で送信し、
前記各水中聴音機から送信された当該音波特定結果を受信する基地局では、少なくとも２方向の音波の到来方位の関係から当該水中生体の水面下での位置を特定するようにしたこと、
を特徴とする水中生体位置特定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００６−２７５８２７（Ｐ２００６−２７５８２７Ａ）
【公開日】平成１８年１０月１２日（２００６．１０．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−９６６０３（Ｐ２００５−９６６０３）
【出願日】平成１７年３月３０日（２００５．３．３０）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１０月１２日（２００６．１０．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月３０日（２００５．３．３０）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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