電波が使えない水中での高精度な測位を実現―水中作業用建設機械の遠隔操縦が可能に：筑波大学ほか
(2022年5月12日発表)
筑波大学とあおみ建設（株）は5月12日、GPSの使えない水中で高精度に位置を計測できる新水中超音波測位システム（水中版GPS）を開発したと発表した。水中作業用建設機械の浅海域（せんかいいき）における遠隔操縦などに活用できるという。
陸上や海上では全地球測位システムGPSを用いて建設機械などを遠隔操縦し、作業の生産性や安全性の向上が図られている。
水中でこれと同じことをやろうとすると、電波は水中で減衰（げんすい）して伝わりにくいので、通常のGPSは使えず、電波の代わりに水中を伝搬する超音波を利用することになる。
この超音波による水中の測位は深海探査などには使われているが、浅海域や港湾部（こうわんぶ）などでは海面･海底･構造物などで超音波が多重反射しやすく、既存の水中超音波システムでは安定した測位を実現することは困難だった。
研究グループは今回、測位に不要な反射波を排除する信号フィルタリング技術を考案、水深や構造物の有無による影響を受けず、安定かつ精度良く計測できる新しい超音波測位システムを開発した。
水中超音波測位は、音源が発した音が複数のマイクロフォンに届くまでの時間を測定することで音源と各マイクロフォン間の距離を算出し、三角測量の原理で測位する仕組み。音源が発した音波が多重反射すると、直達波（じきたつは）に加えて時間遅れを伴う複数の反射波が混在するため正確な測距が妨げられる。
研究グループは、音源から発せられた音がマイクロフォン群に到達する時刻をメッシュで区切った領域のもとであらかじめ計算、それをデータベース化しておき、実測された受信信号をデータベースと比較して音源の存在する領域を決定、この位置情報を基に不要な反射波を除去して直達波を得るというフィルタリング方法を開発した。
性能を評価したところ、従来システムでは測定誤差が平均25cm～2.4mあったが、新システムでは平均3cm程度と小さく、水中の位置を高精度で安定して測位できることが実証された。
研究グループはこのシステムを水中建設機械の測位システムとして確立し、無人化施工の推進につなげるとともに、将来的には水中ドローンなどへの活用も検討したいとしている。
