專利名稱：沉積物辨別裝置、超聲波探測(cè)機(jī)、參數(shù)設(shè)定方法及其程序的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于向水中輸出的超聲波的回波信號(hào)辨別海底沉積物的沉積物辨別裝置、超聲波探測(cè)機(jī)、參數(shù)設(shè)定方法及其程序。
背景技術(shù)：
以往，在用于船舶的魚群探測(cè)機(jī)中，辨別海底的沉積物(巖、石、沙等)并進(jìn)行顯示的探測(cè)機(jī)廣為人知(例如，參照專利文獻(xiàn)I)。沉積物判定是通過對(duì)超聲波的發(fā)送脈沖的海底回波進(jìn)行解析來進(jìn)行的。例如，在海底的如巖或石等堅(jiān)硬且起伏大的地方，海底回波的持續(xù)時(shí)間長，在如沙或泥等柔軟平坦的地方，海底回波的持續(xù)時(shí)間短。在畫面上，對(duì)與各沉積物的相似度或者在各沉積物中最相似的沉積物進(jìn)行顯示。在專利文獻(xiàn)I中，將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于沉積物類別的相似度的計(jì)算，使更加正確的沉積物辨別成為可能。專利文獻(xiàn)I :日本特開平2008-275351號(hào)公報(bào)即使是相同的沉積物，在各海域的回波也有所不同，因此，理想的是，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)根據(jù)對(duì)各海域進(jìn)行處理的情況進(jìn)行訓(xùn)練和變更。在該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，根據(jù)輸出值的正解，對(duì)連接權(quán)(加權(quán)系數(shù))進(jìn)行更新(訓(xùn)練)，由此提高輸出值的正確率。但是，在沉積物辨別的情況下，很難把握辨別結(jié)果是否正確。因此，在專利文獻(xiàn)I 的情況下，不能使神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的連接權(quán)處于理想狀態(tài)，很難期待沉積物辨別結(jié)果的正確率的
進(jìn)一步提聞。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，能夠獲得高正確率的沉積物辨別結(jié)果的沉積物辨別裝置、超聲波探測(cè)機(jī)、參數(shù)設(shè)定方法及其程序。本發(fā)明的特征是在輸入向水中輸出的超聲波的回波信號(hào)，并使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行海底的沉積物辨別的沉積物辨別裝置中，具有將所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中使用的參數(shù)與位置信息建立對(duì)應(yīng)并存儲(chǔ)的存儲(chǔ)裝置、接收位置信息的接收裝置、從所述存儲(chǔ)裝置取得與該接收裝置所接收的位置信息相對(duì)應(yīng)的參數(shù)的取得裝置、和將該取得裝置所取得的參數(shù)設(shè)定于所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)定裝置。一般來講，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種算法，其根據(jù)輸出結(jié)果的正解，對(duì)參數(shù)進(jìn)行訓(xùn)練(更新)，以便能夠輸出更接近正解的結(jié)果。但是，海底的沉積物依位置各有不同，因此，在將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于沉積物辨別的情況下，操作者(船員等)很難判定沉積物辨別的結(jié)果是否為正解。因此，不能通過沉積物辨別的結(jié)果來對(duì)被設(shè)定于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)進(jìn)行訓(xùn)練。因此，在本發(fā)明的構(gòu)成中，預(yù)先存儲(chǔ)位置信息和適于該位置的參數(shù)，取得與所接收的位置信息相對(duì)應(yīng)的參數(shù)，對(duì)用于沉積物辨別的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行設(shè)定。由此，能夠?qū)⑴c所接收的位置信息相對(duì)應(yīng)的最合適的參數(shù)設(shè)定于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，而與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出無關(guān)，且能夠通過該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)獲得正確率更高的沉積物辨別結(jié)果。在本發(fā)明的沉積物辨別裝置中，所述參數(shù)是通過預(yù)先對(duì)各海域進(jìn)行使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練而求得的。在該構(gòu)成中，因?yàn)楦骱Ｓ虻某练e物類別不同，所以將對(duì)各海域進(jìn)行訓(xùn)練后的參數(shù)與海域建立對(duì)應(yīng)并進(jìn)行存儲(chǔ)。由此，能夠?qū)⑴c海域?qū)?yīng)的理想的參數(shù)設(shè)定于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，并能進(jìn)行正確率高的沉積物辨別。在本發(fā)明的沉積物辨別裝置中，所述存儲(chǔ)裝置存儲(chǔ)通用參數(shù)。在與所述接收裝置所接收的位置信息相對(duì)應(yīng)的參數(shù)未存儲(chǔ)于所述存儲(chǔ)裝置的情況下，所述取得裝置取得所述通用參數(shù)。該構(gòu)成中，在與位置信息對(duì)應(yīng)的參數(shù)未被存儲(chǔ)的情況下，取得通用參數(shù)，并設(shè)定于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。由此，無論在任何位置，也能夠在一定程度上提高沉積物辨別結(jié)果的正確率。在本發(fā)明的沉積物辨別裝置中，在與所述接收裝置所接收的位置信息相對(duì)應(yīng)的參數(shù)未存儲(chǔ)于所述存儲(chǔ)裝置的情況下，所述取得裝置取得與距所述位置信息所表示的位置最近的位置的位置信息相對(duì)應(yīng)的參數(shù)。該構(gòu)成中，在與所接收的位置信息相關(guān)的參數(shù)未被存儲(chǔ)的情況下，取得與距所接收的位置信息所表示的位置最近的位置的位置信息相關(guān)的參數(shù)，并進(jìn)行設(shè)定。因?yàn)槲恢媒咏暮５壮练e物相似的可能性高，所以即使少量地也能夠提高沉積物辨別結(jié)果的正確率。在本發(fā)明的沉積物辨別裝置中，所述參數(shù)是通過預(yù)先根據(jù)海域進(jìn)行使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練而求得的。該構(gòu)成中，因?yàn)槭褂脤＜业扔?xùn)練過的參數(shù)，所以能夠獲得高正確率的沉積物辨別結(jié)果。在本發(fā)明的沉積物辨別裝置中，所述接收裝置將GPS信號(hào)作為位置信息接收。該構(gòu)成中，示出了使用GPS信號(hào)作為取得位置信息的方法的具體例子。在本發(fā)明的沉積物辨別裝置中，所述接收裝置接收用戶輸入的位置信息。該構(gòu)成中，示出以用戶的輸入作為取得位置信息的方法的具體例。根據(jù)本發(fā)明，在將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于沉積物辨別的情況下，將與位置對(duì)應(yīng)的最合適的參數(shù)設(shè)定于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，由此，通過該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠獲得高正確率的沉積物辨別結(jié)果。


圖I是表示實(shí)施方式中的超聲波探測(cè)機(jī)的構(gòu)成的框圖。
圖2是表示信號(hào)處理部的構(gòu)成的框圖。
圖3是表示接收信號(hào)的時(shí)間軸波形的模式圖。
圖4是用于說明沉積物辨別中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模式圖。
圖5是表示將位置信息和連接權(quán)(Synaptic Weight)建立對(duì)應(yīng)來存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)表的模式圖。
圖6是表示超聲波探測(cè)機(jī)的信號(hào)處理部所執(zhí)行的處理步驟的流程圖。
圖中
10操作部(接收裝置)
17信號(hào)處理部
18顯示部
171特征量數(shù)據(jù)提取部
4
172沉積物辨別處理部(神經(jīng)網(wǎng)絡(luò))
173連接權(quán)設(shè)定部(取得裝置、設(shè)定裝置、接收裝置)
174連接權(quán)存儲(chǔ)部(存儲(chǔ)裝置)
N輸入層
M中間層
O輸出層
W連接權(quán)(參數(shù))具體實(shí)施方式
以下，對(duì)照?qǐng)D面對(duì)本發(fā)明的沉積物辨別裝置、超聲波探測(cè)機(jī)、連接權(quán)設(shè)定方法及參
數(shù)設(shè)定程序的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行說明。在以下說明的實(shí)施方式中，對(duì)搭載于船舶，并具有對(duì)船舶所在位置的海底的沉積物(巖、沙、泥、石等)進(jìn)行辨別的本發(fā)明的沉積物辨別裝置的超聲波探測(cè)機(jī)進(jìn)行說明。超聲波探測(cè)機(jī)例如為魚群探測(cè)機(jī)或掃描聲納等。圖I是表示本實(shí)施方式的超聲波探測(cè)機(jī)的構(gòu)成的框圖。超聲波探測(cè)機(jī)具有操作部(接收裝置)10、探頭11、收發(fā)切換部12、發(fā)送電路13、控制部14、接收電路15、A/D轉(zhuǎn)換器16、信號(hào)處理部17、顯示部18以及傳感器部19?？刂撇?4讀出并執(zhí)行存儲(chǔ)于存儲(chǔ)部20的程序20A，由此，對(duì)超聲波探測(cè)機(jī)進(jìn)行總體控制。控制部14根據(jù)來自操作部10的各種操作(探測(cè)范圍的設(shè)定或位置信息的輸入) 對(duì)發(fā)送電路13的發(fā)送周期、探測(cè)范圍等進(jìn)行設(shè)定。此外，控制部14進(jìn)行對(duì)應(yīng)的Α/D轉(zhuǎn)換器 16的采樣周期的設(shè)定、對(duì)信號(hào)處理部17的各種處理的執(zhí)行的指示。顯示部18將畫面上的縱軸作為深度方向，將橫軸作為時(shí)間方向來進(jìn)行回波數(shù)據(jù)的顯示。再者，超聲波探測(cè)機(jī)也可不具有顯示部18，而使用船舶中已經(jīng)存在的顯示器。傳感器部19將船速信息、橫搖角、縱搖角等表示船體狀態(tài)的各種信息輸入到控制部14。發(fā)送電路13介由內(nèi)藏有陷波電路的收發(fā)切換部12向探頭11輸入脈沖狀的信號(hào)。 信號(hào)的輸入定時(shí)或電平、脈沖寬度等通過接收來自控制部14的控制信號(hào)加以控制。探頭11為裝配于船底等的振蕩器，根據(jù)由發(fā)送電路13輸入的脈沖狀的信號(hào)向水中輸出超聲波。探頭11將自身所輸出的超聲波作為在魚群或海底等的物標(biāo)反射的回波信號(hào)予以接收。探頭11將對(duì)應(yīng)于所接收的回波信號(hào)的強(qiáng)度的接收信號(hào)介由收發(fā)切換部12輸出到接收電路15。接收電路15將所輸入的接收信號(hào)放大并輸出到Α/D轉(zhuǎn)換器16。Α/D轉(zhuǎn)換器16以指定的采樣周期將接收信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并輸出到信號(hào)處理部17。信號(hào)處理部17將數(shù)字化的接收信號(hào)順次存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器(未作圖示)。信號(hào)處理部17基于所存儲(chǔ)的接收信號(hào)進(jìn)行海底檢測(cè)處理和沉積物辨別處理。表示海底檢測(cè)處理的結(jié)果及沉積物辨別的結(jié)果的信息畫面顯示在顯示部18上。以下，對(duì)信號(hào)處理部17的處理進(jìn)行詳細(xì)說明。圖2是表示信號(hào)處理部17的構(gòu)成的框圖。信號(hào)處理部17具有海底檢測(cè)部170、 特征量數(shù)據(jù)提取部171、沉積物辨別處理部172、連接權(quán)設(shè)定部(取得裝置、設(shè)定裝置)173、連接權(quán)存儲(chǔ)部174以及顯示處理部175。接收信號(hào)從Α/D轉(zhuǎn)換器16輸入到信號(hào)處理部17。信號(hào)處理部17將一次測(cè)定量 { 一個(gè)聲脈沖(PING)量}的接收信號(hào)存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器(未作圖示)，信號(hào)處理部17的上述各部分在每次存儲(chǔ)一個(gè)聲脈沖的量的接收信號(hào)時(shí)進(jìn)行如下所示的處理。海底檢測(cè)部170根據(jù)從Α/D轉(zhuǎn)換器16輸入的接收信號(hào)檢測(cè)海底深度。海底檢測(cè)部170將檢測(cè)出的海底深度輸出到控制部14。控制部14基于海底深度算出與海底深度成比例的發(fā)送脈沖寬度，并將控制信號(hào)輸出到發(fā)送電路13，以使該脈沖寬度的超聲波由探頭 11輸出?？梢允褂酶鞣N海底深度的檢測(cè)手法，如以接收閾值電平以上的回波的定時(shí)為基準(zhǔn)的手法；以微分值最高的定時(shí)為基準(zhǔn)的手法；或，將與所輸出的超聲波的脈沖寬度相等 (或接近)的波形作為參考信號(hào)，求出與接收信號(hào)的相關(guān)性，以相關(guān)性值最高的定時(shí)為基準(zhǔn)的手法等。在海底檢測(cè)部170檢測(cè)到海底的情況下，特征量數(shù)據(jù)提取部171從接收信號(hào)中提取特征量數(shù)據(jù)。特征量數(shù)據(jù)為形成時(shí)間軸波形的接收信號(hào)的積分值。特征量數(shù)據(jù)提取部 171將接收信號(hào)分割為多段，按各段提取特征量數(shù)據(jù)。這里，對(duì)通過特征量數(shù)據(jù)提取部171進(jìn)行的特征量數(shù)據(jù)的提取進(jìn)行說明。圖3是表示接收信號(hào)的時(shí)間軸波形的模式圖。圖3中示出以橫軸作為時(shí)間、縱軸作為接收信號(hào)的信號(hào)電平的坐標(biāo)圖。橫軸的時(shí)間為從由探頭11輸出超聲波到接收回波信號(hào)的時(shí)間，換言之，也是深度。特征量數(shù)據(jù)提取部171將超過判定接收信號(hào)為海底回波的閾值電平的接收信號(hào)分割成多個(gè)時(shí)間段(T1, T2, , Tn)，按各段提取特征量數(shù)據(jù)L1, L2, , Ln?？梢允嵌蔚臄?shù)量固定，而使各段的時(shí)間長根據(jù)海底深度(時(shí)間)可變；也可以是各段的時(shí)間長固定，而使段的數(shù)量根據(jù)海底深度可變。再者，在海底的巖或石等堅(jiān)硬且起伏大的地方，反射率高，因此，如圖3所示，所具有的傾向是第二次的峰值(在海底反射的聲波再反射并被接收的二次回波)的電平高于海底回波的最初的峰值(一次回波)。特征量數(shù)據(jù)提取部171可以僅提取一次回波的特征量數(shù)據(jù)，也可以提取包括二次回波的特征量數(shù)據(jù)。一次回波和二次回波的振幅比為海底表面的反射率的指標(biāo)，因此，在特征量數(shù)據(jù)提取部171提取包括二次回波的特征量數(shù)據(jù)的情況下，后面的通過沉積物辨別處理部172進(jìn)行的沉積物辨別的正確度將提高。沉積物辨別處理部172將特征量數(shù)據(jù)提取部171所提取的多個(gè)特征量數(shù)據(jù)L1, L2,...，Ln作為輸入，進(jìn)行與參考數(shù)據(jù)(模板數(shù)據(jù))的匹配(模式識(shí)別)，算出相似度，生成沉積物信息。參考數(shù)據(jù)為具有泥、巖、沙、石等的各沉積物的回波的時(shí)間軸波形的數(shù)據(jù)，預(yù)先存儲(chǔ)于未作圖示的存儲(chǔ)器中。沉積物辨別處理部172將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于與參考數(shù)據(jù)的相似度的計(jì)算。圖4是用于說明沉積物辨別中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模式圖。圖4表示將泥、巖、沙、石設(shè)為沉積物類別的情況下的一個(gè)例子。本實(shí)施方式的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為具有輸入層N、中間層M以及輸出層O的階層型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。輸入層N具有神經(jīng)元N1, N2,...，Nn。特征量數(shù)據(jù)提取部171所提取的特征量數(shù)據(jù)L1 Ln被輸入到神經(jīng)元N1 Nn的每一個(gè)。輸入層N的神經(jīng)元的數(shù)量根據(jù)特征量數(shù)據(jù)提取部171所提取的特征量數(shù)據(jù)的數(shù)量是可變的。在所輸入的特征量數(shù)據(jù)L1 Ln超過閾值的情況下，神經(jīng)元N1 Nn將輸出值輸出到中間層M。該閾值根據(jù)沉積物辨別的精度或?qū)⒒夭ㄅ袛酁閬碜院５椎幕夭ǖ碾娖降冗m當(dāng)變更。神經(jīng)元N1 Nn可以將輸入值作為輸出值，也可以在超過閾值的情況下將“I”作為輸出值，在未超過閾值的情況下將“O”作為輸出值。以下，對(duì)神經(jīng)元N1 Nn將輸入值作為輸出值進(jìn)行輸出的情況加以說明。中間層M具有與所存儲(chǔ)的參考數(shù)據(jù)的數(shù)量相當(dāng)?shù)臄?shù)量的神經(jīng)元。將輸入層N的神經(jīng)元N1 Nn的輸出值即特征量數(shù)據(jù)L1 Ln輸入到各神經(jīng)元。然后，各神經(jīng)元對(duì)所輸入的特征量數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)相加，并輸出基于指定的輸入輸出函數(shù)的輸出值，由此，進(jìn)行與參考數(shù)據(jù)的匹配，輸出匹配結(jié)果(相似度)。在本實(shí)施方式中，中間層M具有神經(jīng)元Mn，M12, . . .Mli, M21, M22, . . .M2i, Mnl, Mn2, .. . Μμ。在神經(jīng)元Mnm中，η與沉積物類別相對(duì)應(yīng)，m與沉積物類別的參考數(shù)據(jù)的數(shù)量相對(duì)應(yīng)。例如，在存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)有三個(gè)泥的參考數(shù)據(jù)的情況下，與該泥的參考數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的神經(jīng)元為神經(jīng)元Mn，M12,M13。在存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)有兩個(gè)巖的參考數(shù)據(jù)的情況下，與該巖的參考數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的神經(jīng)元為神經(jīng)元M21, M22O此外，在存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)有三個(gè)沙的參考數(shù)據(jù)的情況下，與該沙的參考數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的神經(jīng)元為神經(jīng)元M31,M32,M33。在存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)有兩個(gè)石的參考數(shù)據(jù)的情況下，與該石的參考數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的神經(jīng)元為神經(jīng)元M41, M42。神經(jīng)元N1 Nn的輸出值被輸入到中間層M所具有的各神經(jīng)元(例如，對(duì)照?qǐng)D4的粗線)。然后，中間層M所具有的各神經(jīng)元將特征量數(shù)據(jù)L1 Ln與連接權(quán)P1 Pn的每一個(gè)相乘，輸出基于指定的輸入輸出函數(shù)的輸出值?；谳斎胼敵龊瘮?shù)的輸出值可以是例如，如果將特征量數(shù)據(jù)L1 Ln與連接權(quán) P1 Pn的每一個(gè)相乘的結(jié)果在閾值以上則為“1”，不滿閾值則為“O”。此外，基于輸入輸出函數(shù)的輸出值可以是與將特征量數(shù)據(jù)L1 Ln與連接權(quán)P1 Pn的每一個(gè)相乘后的結(jié)果對(duì)應(yīng)的S型(Sigmoid)函數(shù)。連接權(quán)P1 Pn為中間層M的各神經(jīng)元的特性，根據(jù)參考數(shù)據(jù)預(yù)先確定。這里，對(duì)連接權(quán)P1 Pn的確定方法加以說明。在海底沉積物為泥或沙的情況下，由探頭11輸出的超聲波的回波的脈沖寬度短。 此外，在海底沉積物為巖或石的情況下，由探頭11輸出的超聲波的回波的脈沖寬度長。因此，參考數(shù)據(jù)的時(shí)間軸波形按各沉積物類別而不同。所以，對(duì)應(yīng)中間層M的神經(jīng)元所使用的參考數(shù)據(jù)的時(shí)間軸波形，通過特征量數(shù)據(jù)提取部171所分割的段(T1, T2, , Tn)中哪些段的特征量數(shù)據(jù)在與參考數(shù)據(jù)的對(duì)比中受到重視來確定連接權(quán)。例如，將如圖3的段(T1, T2)那樣具有在時(shí)間上最初的信號(hào)電平高，隨后的信號(hào)電平低的時(shí)間軸波形的參考數(shù)據(jù)作為神經(jīng)元M11所使用的參考數(shù)據(jù)加以說明。這種情況下，神經(jīng)元M11的連接權(quán)P1 Pn被設(shè)定為連接權(quán)P1, P2大于連接權(quán)P3 Pn。由此，在與神經(jīng)元M11的參考數(shù)據(jù)的對(duì)比中大致無關(guān)的時(shí)間的特征量數(shù)據(jù)L3 Ln 即使被輸入到神經(jīng)元M11,因?yàn)楸忍卣髁繑?shù)據(jù)L1;L2小，所以，神經(jīng)元M11可以在與參考數(shù)據(jù)對(duì)比時(shí)大致忽略特征量數(shù)據(jù)L3 Ln。結(jié)果，神經(jīng)元M11能夠更加準(zhǔn)確而且高速地算出所輸入的特征量數(shù)據(jù)與參考數(shù)據(jù)的相似度。輸出層O具有神經(jīng)元CVOyC^O4tj中間層M的神經(jīng)元Mn，M12，…Mli, M21, M22，…M2i, Mnl, Mn2, ... Mnm的輸出值被輸入到神經(jīng)元O1, O2, O3, O40然后，神經(jīng)元O1, O2, O3, O4將輸入值與連接權(quán)Wn，W12，. . .Wli, W21，W22，. . . W2i，Wnl，Wn2，. . . Wnm的每一個(gè)相乘，輸出基于指定的輸入輸出函數(shù)的輸出值。再者,連接權(quán)(參數(shù))W的下標(biāo)與神經(jīng)元M的下標(biāo)對(duì)應(yīng)。此外,連接權(quán)W通過后述的連接權(quán)設(shè)定部173設(shè)定。神經(jīng)元O1, 02，O3, O4使用連接權(quán)W對(duì)輸入值進(jìn)行加權(quán)相加，輸出基于指定的輸入輸出函數(shù)的輸出值。例如，在加權(quán)相加的結(jié)果超過閾值的情況下，神經(jīng)元O1, O2, O3, O4輸出輸出值。神經(jīng)元O1, O2, O3, O4的輸出值與中間層M等一樣，可以是“0”、“1”，也可以是對(duì)神經(jīng)元O1, O2, O3, O4的輸入值進(jìn)行加權(quán)相加所得的結(jié)果。神經(jīng)元O1輸出關(guān)于泥的輸出值Up神經(jīng)元O2輸出關(guān)于巖的輸出值U2。神經(jīng)元O3 輸出關(guān)于沙的輸出值u3。神經(jīng)兀O4輸出關(guān)于石的輸出值u4。例如，在只輸出輸出值U1的情況下，沉積物辨別處理部172生成海底沉積物為泥的沉積物信息。此外，在輸出輸出值U1, U2的情況下，沉積物辨別處理部172生成海底沉積物中泥和巖各包含50%的沉積物信息。此外，在輸出層O直接輸出對(duì)輸入值進(jìn)行加權(quán)相加所得的結(jié)果的情況下，沉積物辨別處理部172可以根據(jù)輸出層O的各神經(jīng)元的輸出值的比例生成沉積物信息。這種情況下，例如，沉積物辨別處理部172生成海底沉積物為70 %的泥，20 %的巖，10 %的石的沉積物信息。回到圖2，連接權(quán)存儲(chǔ)部174將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的中間層M及輸出層O之間的連接權(quán)W 與位置信息建立對(duì)應(yīng)來進(jìn)行存儲(chǔ)。圖5是表示將位置信息和連接權(quán)W建立對(duì)應(yīng)來存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)表的模式圖。圖5所示的數(shù)據(jù)表中將海上的緯度及經(jīng)度信息作為位置信息加以存儲(chǔ)。此外，雖在圖5中加以省略，但連接權(quán)存儲(chǔ)部174所存儲(chǔ)的連接權(quán)A，B，...的中的每一個(gè)都包含各個(gè)連接權(quán)Wn，W12，...Wli,W21，W22，...ff2i,Wnl,Wn2,...Wnm的值。而且，連接權(quán) A，B，...中的每一個(gè)都包含各神經(jīng)元OpC^O3, O4的連接權(quán)。此外，圖5中的位置信息也可以不是緯度及經(jīng)度而是海洋名，例如瀨戶內(nèi)?；蛱窖蟮?。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是根據(jù)輸出值(沉積物辨別結(jié)果)的正解對(duì)連接權(quán)W進(jìn)行隨時(shí)訓(xùn)練而成的網(wǎng)絡(luò)。但是，海底沉積物根據(jù)各海域而不同，此外，在海底傳播的超聲波呈根據(jù)海水的水質(zhì)(水溫或海水濃度等)有所不同的傳播方式。因此，操作者(船員)不能判斷沉積物辨別結(jié)果是否是正解，也不能對(duì)連接權(quán)W進(jìn)行訓(xùn)練。所以，連接權(quán)存儲(chǔ)部174所存儲(chǔ)的連接權(quán)是經(jīng)專家或超聲波探測(cè)機(jī)的生產(chǎn)銷售商等預(yù)先在各海域進(jìn)行使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的沉積物辨別并進(jìn)行訓(xùn)練而成的理想的連接權(quán)。例如，在船舶位于經(jīng)度38度、緯度148度的情況下，由專家等對(duì)通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行的沉積物辨別的結(jié)果的正解進(jìn)行判斷。然后，專家等對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)(連接權(quán))進(jìn)行訓(xùn)練并予以確定，以使沉積物辨別的結(jié)果接近正解。將該連接權(quán)與經(jīng)度38度、緯度148度對(duì)應(yīng)并存儲(chǔ)于連接權(quán)存儲(chǔ)部174。連接權(quán)設(shè)定部173從連接權(quán)存儲(chǔ)部174取得與由控制部14輸入的位置信息相對(duì)應(yīng)的連接權(quán)，針對(duì)沉積物辨別處理部172的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)定所取得的連接權(quán)。例如，圖5中， 在船舶位于經(jīng)度38度、緯度148度的情況下，連接權(quán)設(shè)定部173將與該位置信息相對(duì)應(yīng)的連接權(quán)A，C，E，G設(shè)定于沉積物辨別處理部172的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。在與所輸入的位置信息相對(duì)應(yīng)的連接權(quán)未存儲(chǔ)在連接權(quán)存儲(chǔ)部174的情況下，連接權(quán)設(shè)定部173取得與距所輸入的位置信息所表示的位置最近的位置的位置信息相對(duì)應(yīng)的連接權(quán)。在位置接近的情況下，連接權(quán)設(shè)定部173通過取得與距所輸入的位置信息的位置最近的位置的位置信息相對(duì)應(yīng)的連接權(quán)，能夠?qū)⒔咏潭容^為理想的連接權(quán)設(shè)定于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。再者，連接權(quán)設(shè)定部173所取得的位置信息可以由操作者從操作部10輸入，也可以接收GPS (Global Positioning System :全球定位系統(tǒng))信號(hào)，通過GPS導(dǎo)航求得。這樣，本實(shí)施方式的超聲波探測(cè)機(jī)根據(jù)船舶的位置將理想的連接權(quán)W設(shè)定于沉積物辨別處理部172的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。由此，從神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出接近正解的輸出值，超聲波探測(cè)機(jī)能夠生成正確率高的沉積物信息。以下，對(duì)本實(shí)施方式的超聲波探測(cè)機(jī)所執(zhí)行的動(dòng)作加以說明。圖6是表示超聲波探測(cè)機(jī)的信號(hào)處理部17所執(zhí)行的處理步驟的流程圖。信號(hào)處理部17判定是否輸入了接收信號(hào)(SI)。在未輸入接收信號(hào)的情況下(SI :否)，信號(hào)處理部17結(jié)束本處理。在輸入了接收信號(hào)的情況下(SI :是)，信號(hào)處理部17判定是否從接收信號(hào)檢測(cè)到海底(S2)。在未檢測(cè)到海底的情況下(S2 :否)，將接收信號(hào)作為例如干擾，信號(hào)處理部17結(jié)束本處理。在檢測(cè)到海底的情況下(S2 :是)，信號(hào)處理部17的海底檢測(cè)部170檢測(cè)海底深度(S3)。連接權(quán)設(shè)定部173從控制部14取得位置信息(S4)。位置信息可以是通過操作者手動(dòng)輸入，也可以是使用GPS信號(hào)自動(dòng)輸入。連接權(quán)設(shè)定部173判定與所取得的位置信息相對(duì)應(yīng)的連接權(quán)是否存儲(chǔ)于連接權(quán)存儲(chǔ)部174 (S5)。在相應(yīng)的連接權(quán)存儲(chǔ)于連接權(quán)存儲(chǔ)部174的情況下(S5 :是)，連接權(quán)設(shè)定部173取得相應(yīng)的連接權(quán)(S6)。在相應(yīng)的連接權(quán)未存儲(chǔ)于連接權(quán)存儲(chǔ)部174的情況下 (S5 :否)，換言之，在所取得的位置信息未存儲(chǔ)于連接權(quán)存儲(chǔ)部174的情況下，連接權(quán)設(shè)定部173取得與接近所取得的位置信息的位置信息相對(duì)應(yīng)的連接權(quán)(S7)。連接權(quán)設(shè)定部173將所取得的連接權(quán)設(shè)定于沉積物辨別處理部172的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)
(S8)。沉積物辨別處理部172使用由連接權(quán)設(shè)定部173設(shè)定的連接權(quán)進(jìn)行使用圖3中說明的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的沉積物辨別處理(S9)。沉積物辨別處理部172向顯示處理部175輸出沉積物辨別結(jié)果將沉積物辨別的結(jié)果顯示于顯示部IS(SlO)。由此，本處理結(jié)束。如上面說明的，在本實(shí)施方式中，將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于沉積物辨別，將根據(jù)船舶的位置預(yù)先確定的連接權(quán)設(shè)定于該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。由此，能夠隨時(shí)進(jìn)行高正確率的沉積物辨別。再者，對(duì)上述實(shí)施方式中說明的超聲波探測(cè)機(jī)的具體構(gòu)成等可以適當(dāng)進(jìn)行設(shè)計(jì)變更，上述記載的作用及效果不過是通過本發(fā)明產(chǎn)生的最優(yōu)選的作用和效果，由本發(fā)明產(chǎn)生的作用和效果并不限于上述實(shí)施方式中記載的內(nèi)容。例如，設(shè)定于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的連接權(quán)也可以不與所取得的位置信息或者接近所取得的位置信息的位置信息相對(duì)應(yīng)。例如，在連接權(quán)存儲(chǔ)部174中存儲(chǔ)作為通用參數(shù)的通用連接
9權(quán)。所謂通用連接權(quán)是無論在任何海域都能以一定程度的高準(zhǔn)確率，例如80%以上的準(zhǔn)確率進(jìn)行正確的沉積物辨別的參數(shù)。在所取得的位置信息未存儲(chǔ)于連接權(quán)存儲(chǔ)部174的情況下，連接權(quán)設(shè)定部173可以從連接權(quán)存儲(chǔ)部174取得該通用連接權(quán)，將其設(shè)定于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。由此，超聲波探測(cè)機(jī)通常能夠獲得正確率在一定值以上的沉積物辨別結(jié)果。此外，在上述實(shí)施方式中，通過連接權(quán)設(shè)定部173設(shè)定連接權(quán)W，但超聲波探測(cè)機(jī)也可以訓(xùn)練連接權(quán)P。例如，也可以將中間層M的輸入值的加權(quán)相加的結(jié)果與參考數(shù)據(jù)相對(duì)比，對(duì)連接權(quán)P進(jìn)行訓(xùn)練，以使所述結(jié)果接近參考數(shù)據(jù)。這種情況下，能夠使與中間層M的參考數(shù)據(jù)的匹配結(jié)果具有更高的精度。
權(quán)利要求
1.一種輸入向水中輸出的超聲波的回波信號(hào)，并使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行海底的沉積物辨別的沉積物辨別裝置，其特征在于，具有將所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)所使用的參數(shù)與位置信息建立對(duì)應(yīng)并存儲(chǔ)的存儲(chǔ)裝置；接收位置信息的接收裝置；從所述存儲(chǔ)裝置取得與該接收裝置所接收的位置信息相對(duì)應(yīng)的參數(shù)的取得裝置；和將該取得裝置所取得的參數(shù)設(shè)定于所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)定裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的沉積物辨別裝置，其特征在于，所述參數(shù)是通過預(yù)先對(duì)各海域進(jìn)行使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練而求得的。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的探測(cè)裝置，其特征在于，所述存儲(chǔ)裝置存儲(chǔ)通用參數(shù)，在與所述接收裝置所接收的位置信息相對(duì)應(yīng)的參數(shù)未存儲(chǔ)于所述存儲(chǔ)裝置的情況下， 所述取得裝置取得所述通用參數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3中的任一項(xiàng)所述的沉積物辨別裝置，其特征在于，在與所述接收裝置所接收的位置信息相對(duì)應(yīng)的參數(shù)未存儲(chǔ)于所述存儲(chǔ)裝置的情況下， 所述取得裝置取得與距所述位置信息所表示的位置最近的位置的位置信息相對(duì)應(yīng)的參數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至4中的任一項(xiàng)所述的沉積物辨別裝置，其特征在于，所述參數(shù)是通過預(yù)先根據(jù)各海域進(jìn)行使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練而求得的。
6.根據(jù)權(quán)利要求I至5中的任一項(xiàng)所述的沉積物辨別裝置，其特征在于，所述接收裝置將GPS信號(hào)作為位置信息接收。
7.根據(jù)權(quán)利要求I至6中的任一項(xiàng)所述的沉積物辨別裝置，其特征在于，所述接收裝置接收用戶輸入的位置信息。
8.一種超聲波探測(cè)機(jī)，其特征在于，具有權(quán)利要求I至7中的任一項(xiàng)所述的沉積物辨別裝置；和對(duì)該沉積物辨別裝置的沉積物辨別結(jié)果進(jìn)行顯示的顯示部。
9.一種輸入向水中輸出的超聲波的回波信號(hào)，并使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行海底的沉積物辨別的沉積物辨別裝置所執(zhí)行的所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)設(shè)定方法，其特征在于，接收位置信號(hào)；從將所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)所使用的參數(shù)與位置信息建立對(duì)應(yīng)并存儲(chǔ)的存儲(chǔ)裝置，取得與所接收的位置信息相對(duì)應(yīng)的參數(shù)；將所取得的參數(shù)設(shè)定于所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。
10.一種輸入向水中輸出的超聲波的回波信號(hào)，并使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行海底的沉積物辨別的由計(jì)算機(jī)執(zhí)行的參數(shù)設(shè)定程序，其特征在于，使計(jì)算機(jī)作為如下裝置發(fā)揮作用從將所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)所使用的參數(shù)與位置信息建立對(duì)應(yīng)并存儲(chǔ)的存儲(chǔ)裝置，取得與所接收的位置信息相對(duì)應(yīng)的參數(shù)的取得裝置；以及將該取得裝置所取得的參數(shù)設(shè)定于所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)定裝置。
全文摘要
本發(fā)明提供一種使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)并能夠獲得高正確率的沉積物辨別結(jié)果的沉積物辨別裝置、超聲波探測(cè)機(jī)、參數(shù)設(shè)定方法及其程序。在輸入向水中輸出的超聲波的回波信號(hào)，并使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通過沉積物辨別處理部(172)進(jìn)行海底的沉積物辨別的超聲波探測(cè)機(jī)中，將多個(gè)在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中所使用的連接權(quán)與位置信息對(duì)應(yīng)地存儲(chǔ)于連接權(quán)存儲(chǔ)部(174)。連接權(quán)設(shè)定部(173)接收位置信息，并從連接權(quán)存儲(chǔ)部(174)取得與所接收的位置信息相對(duì)應(yīng)的連接權(quán)，將所取得的連接權(quán)設(shè)定于沉積物辨別處理部(172)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。
文檔編號(hào)G01N29/07GK102590345SQ20111041095
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2011年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月6日
發(fā)明者和田智雄, 大西祐司 申請(qǐng)人:古野電氣株式會(huì)社