2013 Fiscal Year Research-status Report
伊豆沼・内沼におけるハス生息状況の3次元音響計測システムの開発と観測
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25870153
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Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
水野 勝紀 東京大学, 生産技術研究所, 特任助教 (70633494)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | サブボトムプロファイリングソナー / 高解像度音響イメージングソナー / 弾性FDTD / 伊豆沼 / ハス |
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| Research Abstract |
本年度は、事前研究という位置付けで平成24年度に実施した音響ビデオカメラを用いたフィールド調査データの解析プログラムを構築し、ハス生息状況の3次元可視化及び、ハス生息数や白鳥の作る蓮根捕食穴の自動カウント機能が期待通りに動作することを確認した。ハスの生息数と白鳥の作る蓮根捕食穴数の間には強い相関が確認され、白鳥の捕食活動がハス分布に与える影響が定量的に示された。また、底泥の厚み計測や、底泥下に広がる蓮根分布計測のための浅深度サブボトムプロファイリングシステムを開発・改造し、実験水槽による基礎試験及び、実フィールドでの駆動試験を実施した。また取得したデータを解析・3次元可視化するための専用プログラムを構築し、底泥厚み計測や、底質・捕食穴・水中植物の分布図を作成した。これらの分布データはGoogle earthなどで簡単に確認出来るような汎用的なフォーマットに倣って作成した。また実フィールド試験では、音響計測を実施した地点の底泥を柱状コアサンプリングし、粒度分布及び、強熱減量試験を行うことでその基礎性状を把握した。本サンプリング試験で取得した物理特性を基に、弾性波動伝搬シミュレータ(Elastic Finite Differential Time Domain法による)を構築し、マルチレイヤーモデルを用いて堆積層内の音波伝搬状況を計算し、実測値とよく一致することを確認した。本シミュレータを用いることで、今後の計測システム開発の高効率化及び、仕様設計の精度向上が見込まれる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
初年度である平成25年度は、当初の計画通りに計測手法開発に重点を置いて研究を推進した。先ず、高分解能音響イメージングソナーを用いた3次元音響画像構築アルゴリズムの改善を行い、高濁度の水中に生息するハスの分布を4 mm3ボクセル分解能の3次元空間上に再現することを可能とした。また、本アルゴリズムを基盤技術として、栃木県の湯ノ湖に生息する沈水植物の3次元ハビタットマッピングを実施するなど、本研究目標の一つである「開発する技術の他の浅瀬域における水生植物研究への展開」を達成しており、視界の悪い水中を高分解能で3次元的に可視化するための技術は実用的なレベルに到達したといえる。また、底泥下に生息する蓮根計測のための浅深度サブボトム音響探査システム開発に関しては、本多電子㈱と共同で新しい音響デバイスを開発し、実験水槽での基礎試験結果をフィードバックしながら適宜改造し、性能を向上した。音響デバイスを駆動するための発振パルス生成や、GPS(Global Positioning System)や動揺センサなどの計測デバイスと同期した駆動制御、測定データを集録するための計測システムを開発した。開発した計測システムは、実験水槽で駆動確認を行った後、実フィールド（伊豆沼）において航路長約7.2 km、計測時間4時間程度の連続駆動を実施し、当初予定していた現場型計測システム開発は概ね完了したといえる。また、当初は予定していなかったが、開発の効率化と高精度化を目的として、実フィールドの底泥の柱状コアサンプリングを実施し、その分析結果を基に、堆積層内の音波伝搬シミュレータを構築した。予定していた音響計測システム開発に加え、堆積層内の音波伝搬シミュレータの開発まで完了したことは、計画以上の成果であるといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度である平成26年度は、これまでに開発した計測システムを用いてフィールド試験を中心に研究を推進する。共同研究者と進めてきたこれまでの研究で、高濁水中を高分解能で3次元的に可視化するための技術は実フィールドにおいて既に実用レベルであることや、ハスの全体分布に関しては、夏期における航空写真を用いた調査によっても把握可能であることが明らかになってきた。よって今年度は、光学画像による測定が特に困難であり、且つ世界的にも前例のないデータが多く期待される、底泥下に生息する蓮根生息状況可視化技術の実用化に向けて重点的に研究を推進する。具体的には、開発した浅深度サブボトム音響探査システムを用いて現場計測し、結果をフィードバックしながら、底泥下に広がる蓮根の分布状況や生育の様子を可視化し、定量化するための取組を行う。本計画を進める上での懸念材料としては、蓮根埋没深度と生息密度が挙げられる。埋没深度は音波の吸収減衰量に、生息密度は計測分解能（音の広がり幅）と関係を持ち、計測条件を制限する要因である。今年度は、先ずこれらの状況把握から始め、構築した音波伝搬シミュレータを利用しながら実用的な計測手法の開発及び、現場データの収集を推進する。
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Research Products
(4 results)
