JP2001141544A - 土砂運搬船の積載土砂体積測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 安全かつ必要な人手を少なくし、しかも大掛
かりな装置を必要とせずに、土砂運搬船１６の船倉２０
の積載土砂１８の体積を正確に測定すること。 【解決手段】 船倉２０の中心軸（Ｘ軸）に垂直なＸ１
〜Ｘ８を通る８個の横断面（ＺＹ面）を決定し、各横断
面についてレーザ測定器３０Ｌ（３０Ｒ）で計測基準点
ＫＰから積載土砂１８表面上の計測点Ｙ１〜Ｙ６までの
距離と角度を計測し、Ｚ，Ｙデータに変換し、データ点
Ｙ１〜Ｙ６を滑らかに連結する積載土砂表面輪郭線のス
プライン関数Ｙ＝Ｆ（Ｚ）を求め、船倉内面輪郭線の関
数Ｙ＝Ｆ０（Ｚ）を求め、Ｆ（Ｚ）とＦ０（Ｚ）の交点
を求め、Ｆ（Ｚ）−Ｆ０（Ｚ）をＺについて積分して積
載土砂断面積Ｓ１〜Ｓ８を求め、データ点Ｓ１〜Ｓ８を
滑らかに連結する積載土砂断面積のスプライン関数Ｓ＝
Ｇ（Ｘ）を求め、Ｓ＝Ｇ（Ｘ）をＸｓからＸｅまで積分
して積載土砂１８の体積を求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は土砂運搬船の船倉に
積載された土砂の体積を測定する方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】海洋土木工事において埋立て用の土砂は
土砂運搬船で運ばれているが、その土砂量は一般に重量
でなく体積（容積）で検収されている。これは、土砂は
水を含むとその重量が大幅に変動するため、正確な土砂
量の把握が困難となる点が考慮されたものと考えられ
る。このような土砂運搬船の船倉に積載された土砂の体
積測定には、従来、巻尺等を利用した人手によるもの、
赤外線センサーを利用した海上設置物によるものが知ら
れている。巻尺等を利用した人手によるものは、測定対
象となる土砂運搬船に５名程度の計測者がハシケから乗
り移り、巻尺や栗棒等で寸法を計測して積載土砂の断面
積を求め、シンプソン関数を利用して積載土砂体積を求
めていた。また、赤外線センサーを利用した海上設置物
によるものは、図１０に示すように、海底１０に固定し
た枠体１２の一部を海面１３上に突出させ、この枠体１
２の水平部１２ａに設けた赤外線センサーから海面１３
側に向けて赤外線１４を放射し、枠体１２内を通過する
土砂運搬船１６で反射した赤外線１４を受光し、受光信
号に基づいて積載土砂１８の体積を求めていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、巻尺等
を利用した人手による従来例では、計測者が積載土砂の
上を歩く必要があるので危険にさらされ易いという問題
点があった。例えば、底開船の場合、計測者は土砂とと
もに海中に投入される危険があった。さらに、計測のた
めに５名もの人手が必要になり、計測時間も長く、巻尺
の「たるみ」による計測誤差が生じるという問題点があ
った。また、図１０に示すような赤外線センサーを利用
した海上設置物による従来例では、大がかりな装置とな
るので莫大な設置費用が必要になるという問題点があっ
た。さらに、計測基準点が海上設置物の枠体１２上にあ
って固定点であるのに対して、計測対象の積載土砂１８
が土砂運搬船１６上にあって移動及び揺動しているの
で、計測誤差が生じ易いという問題点があった。

【０００４】本発明は、上述の問題点に鑑みなされたも
ので、安全で必要とする人手を少なくでき、しかも大掛
かりな装置を必要とせずに船倉に積載した土砂の体積を
正確に測定することのできる土砂運搬船の積載土砂体積
測定方法を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、土砂運搬船の
船倉に積載された土砂の体積を測定する方法において、
船倉の縦方向（船首・船尾方向）又は横方向の中心軸
（Ｘ軸とする）と、この中心軸に垂直なｍ個（ｍは６以
上の整数）の横断面（水平方向をＺ軸、垂直方向をＹ軸
とするＺＹ面）とを決定し、各横断面上に位置し且つ船
倉のＸ軸の両側に位置する設定箇所を計測基準点に決定
し、各横断面について、レーザ測定器で計測基準点から
積載土砂表面上のｎ個（ｎは３以上の整数）の計測点ま
での距離と角度を計測し、この計測データをＺ，Ｙデー
タに変換し、スプライン補間法を用いて２ｎ個のデータ
点Ｚ１，Ｙ１〜Ｚ２ｎ，Ｙ２ｎを滑らかに連結する積載
土砂表面輪郭線のスプライン関数Ｙ＝Ｆ（Ｚ）を求め、
船倉内面輪郭線の関数Ｙ＝Ｆ０（Ｚ）を求め、関数Ｙ＝
Ｆ（Ｚ）とＹ＝Ｆ０（Ｚ）の交点を求め、Ｆ（Ｚ）−Ｆ
０（Ｚ）≧０以上となる交点間でＦ（Ｚ）−Ｆ０（Ｚ）
をＺについて積分することによって各横断面の積載土砂
断面積Ｓ１〜Ｓｍを求め、スプライン補間法を用いてｍ
個のデータ点Ｓ１〜Ｓｍを滑らかに連結する積載土砂断
面積のスプライン関数Ｓ＝Ｇ（Ｘ）を求め、船倉のＸ軸
に沿った一側端部から他側端部までの間でＳ＝Ｇ（Ｘ）
をＸについて積分して積載土砂の体積を求めることを特
徴とする。

【０００６】各横断面について、レーザ測定器で計測基
準点から積載土砂表面上の２ｎ個の計測点までの距離と
角度が計測される。この計測データは座標変換でＺ，Ｙ
データに変換され、スプライン補間法を用いて２ｎ個の
データ点Ｚ１，Ｙ１〜Ｚ２ｎ，Ｙ２ｎを滑らかに連結す
る積載土砂表面輪郭線のスプライン関数Ｙ＝Ｆ（Ｚ）が
求められ、船倉内面輪郭線の関数Ｙ＝Ｆ０（Ｚ）が求め
ら、Ｙ＝Ｆ（Ｚ）とＹ＝Ｆ０（Ｚ）の交点が求められ、
Ｆ（Ｚ）−Ｆ０（Ｚ）≧０となる交点間でＦ（Ｚ）−Ｆ
０（Ｚ）をＺについて積分することによって各横断面に
おける積載土砂断面積Ｓ１〜Ｓｍが求められる。つい
で、スプライン補間法を用いてｍ個のデータ点Ｓ１〜Ｓ
ｍを滑らかに連結する積載土砂断面積のスプライン関数
Ｓ＝Ｇ（Ｘ）が求められ、船倉のＸ軸に沿った一側端部
から他側端部までの間でＳ＝Ｇ（Ｘ）をＸについて積分
して積載土砂の体積が求められる。

【０００７】スプライン関数を求める計算を簡単にする
ために、スプライン関数Ｙ＝Ｆ（Ｚ）及びＳ＝Ｇ（Ｘ）
を、３次スプライン補間法を用いて求めた３次スプライ
ン関数とする。

【０００８】関数Ｙ＝Ｆ０（Ｚ）を簡単且つ正確に求め
るために、各横断面における船倉内面輪郭線の始点、折
曲点、終点のＺ，Ｙデータを基にして関数Ｙ＝Ｆ０
（Ｚ）を求める。

【０００９】関数Ｙ＝Ｆ０（Ｚ）をより早く求めるため
に、各横断面における船倉内面輪郭線の折曲点のＺ，Ｙ
データを、土砂運搬船の船名を引数としてメモリに予め
記憶しておき、土砂運搬船の船名を引数としてメモリか
らＺ，Ｙデータを読み出し、このＺ，Ｙデータを基にし
て関数Ｙ＝Ｆ０（Ｚ）求める。

【００１０】レーザ測定器で計測した距離と角度の計測
データを早く且つ正確に演算部（例えばコンピュータ）
へ転送するために、レーザ測定器に、計測データを置数
し、且つスイッチ操作で出力ポートから計測データを出
力する機能を付与する。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明による土砂運搬船の
積載土砂体積測定方法の一実施形態例を図を用いて説明
する。図１及び図２は本発明の一実施形態例を示すもの
で、図１０と同一部分は同一符号とする。図２（ａ）
（ｂ）において、１６は海面１３に浮かぶ土砂運搬船、
１８は前記土砂運搬船１６の船倉２０に積載された土
砂、２２は陸上に設置された集計センタ、２４は前記集
計センタ２２内に設けられたパソコン（パーソナルコン
ピュータ）である。

【００１２】前記船倉２０の縦方向（船首・船尾方向）
の中心軸を図２（ｂ）に示すようにＸ軸とし、船倉２０
の開口端部２６の左舷側と右舷側には、Ｘ軸を中心とし
た対称位置に所定間隔（例えば等間隔）で基準線ＫＬ１
〜ＫＬ８とＫＲ１〜ＫＲ８が描かれている。図２（ｂ）
において、Ｗ１〜Ｗ８はＸ軸に垂直な横断面（水平方向
をＺ軸、垂直方向をＹ軸とするＺＹ面）を表し、横断面
Ｗ１は１対の基準線ＫＬ１、ＫＲ１とＸ軸上のＸ１を通
り、横断面Ｗ２は１対の基準線ＫＬ２、ＫＲ２とＸ軸上
のＸ２を通り、横断面Ｗ３は１対の基準線ＫＬ３、ＫＲ
３とＸ軸上のＸ３を通り、以下同様にして横断面Ｗ８は
１対の基準線ＫＬ８、ＫＲ８とＸ軸上のＸ８を通る。基
準線ＫＬ１〜ＫＬ８、ＫＲ１〜ＫＲ８のうちの対応する
任意の１対の基準線（例えばＫＬ３、ＫＲ３）には、鉄
製の取付台座２８Ｌ、２８Ｒが着脱可能に位置決めさ
れ、この取付台座２８Ｌ、２８Ｒにはレーザ測定器３０
Ｌ、３０Ｒが着脱可能に固定されている。

【００１３】前記レーザ測定器３０Ｌ（３０Ｒ）は、図
３〜図５に示すように、Ｕ字形状の可動ヨーク３２に固
定された光波距離計本体３４と、この光波距離計本体３
４の上部に連結された視準望遠鏡３６と、可動ヨーク３
２に固着された回転軸３８、３８を回転可能に支持する
Ｕ字形状の固定ヨーク４０と、一方の回転軸３８に連設
されたロータリーエンコーダ４２と、固定ヨーク４０の
水平部下面に固着された連結板４４と、この連結板４４
の下面に固着された固定用マグネット４６〜４６と、連
結板４４の上面両側に固着されたハンドグリップ４８、
４８とを具備し、光波距離計本体３４の前面側には送光
レンズ５０、受光レンズ５２及び出力ポートとしてのＲ
Ｓ２３２Ｃ通信コネクタ５４（ＲＳ２３２Ｃインタフェ
ース）が設けられ、光波距離計本体３４の背面側には電
源スイッチ（スナップスイッチ）５６、計測スイッチ
（押釦スイッチ）５８及びＬＣＤ（液晶）表示部６０が
設けられ、固定ヨーク４０の一方の垂直部には、回転軸
３８の回転を固定するための回転固定ツマミ６２と、回
転軸３８の上下動を微調整する高度微調ツマミ６４とが
設けられている。前記レーザ測定器３０Ｌ（３０Ｒ）
は、送光レンズ５０を介して積載土砂１８表面の計測点
にレーザ光を照射し、この積載土砂１８から反射してき
たレーザ光を受光レンズ５２を介して受光し、計測基準
点ＫＲ（回転軸３８の中心線Ｏ１と受光レンズ５２の中
心線Ｏ２の交点）から計測点までの距離Ｒと角度θを計
測し、この計測データ（Ｒ，θ）をＬＣＤ表示部６０で
表示するとともに、ＲＳ２３２Ｃ通信コネクタ５４から
出力する。

【００１４】前記取付台座２８Ｌ（２８Ｒ）は、図６
（ａ）（ｂ）に示すように、折曲角を鈍角とした折曲板
６６と、この折曲板６６の折曲部内側に両端部を溶着し
たコ字形板６８と、折曲板６６の一方の板部に貫通穴を
介して取り付けられたボルト７０、７０及びチョウナッ
ト７２、７２とからなり、折曲板６６の他方の板部の板
面とコ字形板６８の板面とは約９０°の角度をなすよう
に形成されている。そして、図３に示すように、折曲板
６６の他方の板部の板面を船倉２０の開口端部２６の上
面に当接させるとともに、コ字形板６８の板面を船倉２
０の内面に当接させて折曲板６６の一方の板部を水平と
し、この水平板部の上面にレーザ測定器３０Ｌ（３０
Ｒ）の固定用マグネット４６〜４６をその磁気力で固着
し、チョウナット７２、７２をボルト７０、７０に螺着
することによって、レーザ測定器３０Ｌ（３０Ｒ）の位
置決めが行われる。

【００１５】前記パソコン２４は、図７に示すように、
ＣＰＵ（中央処理装置）７４と、このＣＰＵ７４に結合
されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）７６、ＲＡＭ（ラ
ンダムアクセスメモリ）７８、外部記憶装置（例えばハ
ードディスク）８０及び入出力制御部８２と、この入出
力制御部８２に結合された入力装置（例えばキーボー
ド）８４、ＣＲＴ（陰極線管）８６及びプリンタ８８と
を具備している。前記ＲＯＭ７６にはプログラムが格納
され、前記外部記憶装置８０には、ｍ個（ｍは６以上の
整数）の横断面における船倉内面輪郭線の始点、折曲
点、終点のＺ，Ｙデータが、船名を引数として所定数の
船名分予め記憶されている。図１、図２に示した土砂運
搬船１６については、その船名を引数として、８個（ｍ
＝８の場合）の横断面Ｗ１〜Ｗ８のそれぞれにおける船
倉内面輪郭線の始点、折曲点、終点のＺ，Ｙデータが外
部記憶装置８０に記憶されている。例えば、横断面Ｗ１
については、図１（ａ）に示すように、船倉２０の内面
の輪郭線の始点Ａ、折曲点Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、
Ｈ、終点ＩのＺ，Ｙデータ（Ｚａ，Ｙａ）、（Ｚｂ，Ｙ
ｂ）、（Ｚｃ，Ｙｃ）、（Ｚｄ，Ｙｄ）、（Ｚｅ，Ｙ
ｅ）、（Ｚｆ，Ｙｆ）、（Ｚｇ，Ｙｇ）、（Ｚｈ，Ｙ
ｈ）、（Ｚｉ，Ｙｉ）が外部記憶装置８０に記憶されて
いる。

【００１６】前記ＣＰＵ７４は、前記ＲＯＭ７６に格納
されたプログラムに基づいて、次の〜に記載する機
能を有する。 レーザ測定器３０Ｌ（３０Ｒ）で計測されたデータ
（Ｒ，θ）を入力装置８４から入力し、データ変換を指
令することによって計測データ（Ｒ，θ）をＺ、Ｙデー
タに変換するデータ変換機能。 ３次スプライン補間法を用いて各横断面における積載
土砂表面上の２ｎ個のデータ点（例えば６個（ｎ＝３の
場合）のＺ、Ｙデータの点）を滑らかに連結する積載土
砂表面輪郭線の３次スプライン関数Ｙ＝Ｆ（Ｚ）を求め
る第１演算機能。３次スプライン補間法及び３次スプラ
イン関数は、数学的に公知の補間法及び関数で、３次ス
プライン関数は、その３階微分が階段関数で、２階以下
の微分が節点で連続であるような関数であると定義され
ている。このため、ＺＹ平面上の２ｎ個のデータ点を節
点（連結点ともいう）とし、これらの節点を滑らかに連
結する３次スプライン関数は、これらの節点で区画され
た２ｎ＋１の小区間内では、それぞれ、たかだか３次の
多項式曲線で定義され、その３階微分が階段関数で、２
階以下の微分が節点で連続であるような関数（区分的多
項式関数）である。 ｍ個の各横断面における船倉２０の内面の輪郭線を関
数Ｙ＝Ｆ０（Ｚ）として求める第２演算機能。 関数Ｙ＝Ｆ（Ｚ）とＹ＝Ｆ０（Ｚ）の交点を求める第
３演算機能。 Ｆ（Ｚ）−Ｆ０（Ｚ）≧０以上となる交点間でＦ
（Ｚ）−Ｆ０（Ｚ）をＺについて積分して各横断面にお
ける積載土砂断面積Ｓ１〜Ｓｍを求める第４演算機能。 ３次スプライン補間法を用いてｍ個のデータ点（断面
積Ｓ１〜Ｓｍのデータ点）を滑らかに連結する積載土砂
断面積の３次スプライン関数Ｓ＝Ｇ（Ｘ）を求める第５
演算機能。 船倉のＸ軸に沿った一側端部から他側端部までの間で
Ｓ＝Ｇ（Ｘ）をＸについて積分して積載土砂の体積を求
める第６演算機能。

【００１７】つぎに、前記実施形態例の作用を説明す
る。 Ａ：まず、レーザ測定器３０Ｌ、３０Ｒが基準線ＫＬ１
〜ＫＬ８とＫＲ１〜ＫＲ８のうちの所定の１対の基準線
上に順次位置決めされ、各位値決め箇所で積載土砂１８
の表面上の６個（２ｎ＝６の場合）の計測点までの距離
Ｒと角度θが計測され、この計測データ（Ｒ，θ）が集
計センタ２２に送信されるまでの作用について説明す
る。

【００１８】（１）ハシケ（図示省略）から土砂運搬船
１６の左舷、右舷に乗り移った計測者によって、船倉２
０の開口端部２６の左舷側と右舷側に描かれた基準線Ｋ
Ｌ１〜ＫＬ８とＫＲ１〜ＫＲ８のうちの横断面Ｗ１上に
位置した１対の基準線ＫＬ１、ＫＲ１上に、レーザ測定
器３０Ｌ、３０Ｒを位置決めする。このレーザ測定器３
０Ｌの位置決めは、取付台座２８Ｌの折曲板６６の水平
板部の上面にレーザ測定器３０Ｌの固定用マグネット４
６〜４６を磁気力で固着するとともに、チョウナット７
２、７２をボルト７０、７０に螺着し、折曲板６６の他
方の板部の板面を船倉２０の開口端部２６の上面に当接
させるとともに、コ字形板６８の板面を船倉２０の内面
に当接させることによって行われる。このため、レーザ
測定器３０Ｌの回転軸３８、３８の中心線Ｏ１と受信レ
ンズ５２の中心線Ｏ２の交点となる計測基準点ＫＰは、
横断面Ｗ１内にあって、且つ図３に示すように、船倉２
０の内面輪郭線の始点Ａから船倉２０内側の水平方向に
ＺＫ、垂直方向にＹＫだけ離れた点に位置決めされる。
レーザ測定器３０Ｒの位置決め（計測基準点ＫＰの位置
決めを含む）もレーザ測定器３０Ｌの位置決めと同様に
して行われ、その計測基準点ＫＰは、横断面Ｗ１内にあ
って船倉２０の内面輪郭線の終点Ｉから船倉２０内側の
水平方向にＺＫ、垂直方向へＹＫだけ離れた点に位置決
めされる。

【００１９】（２）ついで、レーザ測定器３０Ｌの電源
スイッチ５６をオンにして電源を供給し、光波距離計本
体３４が回転軸３８、３８を中心として９０°（ほぼ水
平方向）の位置を通過するように上下に振って９０°の
位置を検出し初期設定する。例えば、図３に示すよう
に、光波距離計本体３４を回転軸３８、３８を中心とし
て水平方向に対して上に角度θｕ（例えばθｕ＝７０
°）、下に角度θｄ（例えばθｄ＝７０°）振って９０
°の位置を検出し初期設定する。この初期設定ではＬＣ
Ｄ表示部６０に「０ｓｅｔ」という表示が現われる。そ
して、光波距離計本体３４を回転軸３８、３８を中心と
して回転すると、計測基準点ＫＰの真上が０°、真下が
１８０°、真横が９０°として表示される。

【００２０】（３）ついで、レーザ測定器３０Ｌの光波
距離計本体３４を積載土砂１８の表面上の第１の計測点
に向け、計測スイッチ５８を押す。すると、送光レンズ
５０を介して出力したレーザ光が計測点に照射し、反射
したレーザ光が受光レンズ５２を介して光波距離計本体
３４に入力し、第１の計測点までの距離Ｒ１と角度θ１
（以下、計測データ（Ｒ１，θ１）と記述する。）が計
測され、ＬＣＤ表示部６０で表示される。ここで、送信
スイッチ（図示省略）を押すと、計測データ（Ｒ１，θ
１）はＲＳ２３２Ｃ通信コネクタ５４を経、無線装置
（図示省略）介して集計センタ２２に送信される。同様
にして第２、第３の計測点までの計測データ（Ｒ２，θ
２）、（Ｒ３，θ３）が計測され集計センタ２２に送信
される。このとき、各計測データは、次の計測まで保持
され、且つＬＣＤ表示部６０の表示も保持される。

【００２１】（４）レーザ測定器３０Ｒに対しても電源
スイッチ５６のオンで前記（２）と同様に初期設定がな
され、計測スイッチ５８の押圧で前記（３）と同様にし
て、横断面Ｗ１についての第４、第５、第６計測点まで
の計測データ（Ｒ４，θ４）、（Ｒ５，θ５）、（Ｒ
６，θ６）が計測され、ＲＳ２３２Ｃ通信コネクタ５４
を経、無線装置（図示省略）介して集計センタ２２に送
信される。このとき、各計測データは、次の計測まで保
持され、且つＬＣＤ表示部６０の表示も保持される。

【００２２】（５）ついで、計測者がハンドル・グリッ
プ４８、４８、４８、４８を把持し、取付台座２８Ｌ、
２８Ｒを固着したレーザ測定器３０Ｌ、３０Ｒを持ち上
げることによって、船倉２０の開口端部２６上の１対の
基準線ＫＬ１、ＫＲ１に対するレーザ測定器３０Ｌ、３
０Ｒの位置決めを解除する。そして、船倉２０の開口端
部２６の左舷側、右舷側に描かれた１対の基準線ＫＬ
２、ＫＲ２上にレーザ測定器３０Ｌ、３０Ｒを位置決め
する。そして、前記（１）〜（４）と同様にして、横断
面Ｗ２についての第１〜第６計測点までの計測データ
（Ｒ１，θ１）〜（Ｒ６，θ６）が計測され、ＲＳ２３
２Ｃ通信コネクタ５４を経、無線装置（図示省略）介し
て集計センタ２２に送信される。以下同様にして、横断
面Ｗ３〜Ｗ８のそれぞれについての第１〜第６計測点ま
での計測データ（Ｒ１，θ１）〜（Ｒ６，θ６）が計測
され、ＲＳ２３２Ｃ通信コネクタ５４を経、無線装置
（図示省略）介して集計センタ２２に送信される。

【００２３】Ｂ：ついで、集計センタ２２に送信された
計測データ（Ｒ，θ）に基づいてパソコン２４が積載土
砂１８の体積を演算する作用を図８を併用して説明す
る。

【００２４】（１）パソコン２４を起動するとＲＯＭ７
６に格納されたプログラムがＲＡＭ７８に転送され、Ｃ
ＲＴ８６にメニュー画面が表示される。このメニュー画
面の中から、入力装置８４によって「船名の選択」が指
示されると、「船名の選択」モードとなる。ここで、入
力装置８４から船名を入力すると、外部記憶装置８０に
予め記憶されていた、横断面Ｗ１〜Ｗ８のそれぞれにお
ける船倉２０の内面の輪郭線の始点Ａ、折曲点Ｂ、Ｃ、
Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、終点ＩのＺＹ面上の船型データ
（Ｚａ，Ｙａ）（Ｚｂ，Ｙｂ）（Ｚｃ，Ｙｃ）（Ｚｄ，
Ｙｄ）（Ｚｅ，Ｙｅ）（Ｚｆ，Ｙｆ）（Ｚｇ，Ｙｇ）
（Ｚｈ，Ｙｈ）（Ｚｉ，Ｙｉ）と、船倉２０のＸ軸方向
の長さに対応した位置データＸｓ、Ｘｅとが読み出さ
れ、ＲＡＭ７８内の所定領域に書き込まれる。図１
（ａ）に示した横断面Ｗ３では点Ｂ、ＨがＺ軸上にある
ので、Ｙｂ＝０、Ｙｈ＝０となる。また、データＸｓは
船倉２０の船尾側端部のＸ座標（例えばＸｓ＝０）を表
し、データＸｅは船倉２０の船首側端部のＸ座標を表
す。

【００２５】（２）ついで計測対象とする横断面数ｍ
（通常は６以上５０以下の数値）の値８（ｍ＝８の場
合）を入力するとともに、横断面Ｗ１内の１対の基準線
ＫＬ１、ＫＲ１に対応したＸ座標のＸ１を入力する。す
ると、「Ｍ＝０」の初期値がつぎの「Ｍ＝Ｍ＋１」で
「Ｍ＝１」となり、横断面Ｗ１〜Ｗ８のうちのＷ１が選
択される。

【００２６】（３）ついで、レーザ測定器３０Ｌ、３０
Ｒ側から送信されたきた計測データ（Ｒ，θ）のうちの
横断面Ｗ１に対応した計測データ（Ｒ１，θ１）〜（Ｒ
６，θ６）を入力装置８４から入力すると、これらの計
測データ（Ｒ１，θ１）〜（Ｒ６，θ６）はＣＰＵ７４
のデータ変換機能によって（Ｚ１，Ｙ１）〜（Ｚ６，
Ｙ６）のＺ、Ｙデータに変換される。

【００２７】（４）ついで、ＣＰＵ７４の３次スプライ
ン補間法を用いた第１演算機能によって、横断面Ｗ１
における積載土砂表面上の６個のデータ点（Ｚ１，Ｙ
１）〜（Ｚ６，Ｙ６）を滑らかに連結する積載土砂表面
輪郭線の３次スプライン関数Ｙ＝Ｆ（Ｚ）が求められ
る。この３次スプライン関数Ｙ＝Ｆ（Ｚ）は、ＺＹ面上
の６個のデータ点（Ｚ１，Ｙ１）〜（Ｚ６，Ｙ６）を節
点として、これらの節点を滑らかに連結する３次の区分
的多項式関数に相当する。

【００２８】（５）ついで、ＣＰＵ７４の第２演算機能
により、ＲＡＭ７８内に書き込まれた船型データ（Ｚ
ａ，Ｙａ）（Ｚｂ，Ｙｂ）（Ｚｃ，Ｙｃ）（Ｚｄ，Ｙ
ｄ）（Ｚｅ，Ｙｅ）（Ｚｆ，Ｙｆ）（Ｚｇ，Ｙｇ）（Ｚ
ｈ，Ｙｈ）（Ｚｉ，Ｙｉ）に基づいて、船倉２０の内面
の輪郭線の関数Ｙ＝Ｆ０（Ｚ）が求められる。

【００２９】（６）ついで、ＣＰＵ７４の第３演算機能
によって、前記（４）で求められた関数Ｙ＝Ｆ（Ｚ）
と前記（５）で求められた関数Ｙ＝Ｆ０（Ｚ）の交点が
求められる。

【００３０】（７）ついで、ＣＰＵ７４の第４演算機能
によって、Ｆ（Ｚ）−Ｆ０（Ｚ）≧０以上となる交点
間でＦ（Ｚ）−Ｆ０（Ｚ）をＺについて積分して横断面
Ｗ１における積載土砂１８の断面積Ｓ１が求められる。
すなわち、次に示す「数１」によって断面積Ｓ１が求め
られる。

【００３１】

【数１】

【００３２】（８）ついで、「Ｍ＝８か？」（ｍ＝８の
場合）がＮ（ＮＯ）となり、Ｘ座標の入力画面となるの
で、入力装置８４から次の横断面Ｗ２内の１対の基準線
ＫＬ２、ＫＲ２に対応したＸ座標のＸ２を入力する。す
ると、「Ｍ＝Ｍ＋１」で「Ｍ＝２」となり、横断面Ｗ１
〜Ｗ８のうちのＷ２が選択され、前記（３）〜（７）と
同様の作用により、横断面Ｗ２における積載土砂１８の
断面積Ｓ２が求められる。

【００３３】（９）以下、同様にして横断面Ｗ３、Ｗ
４、Ｗ５、Ｗ６、Ｗ７、Ｗ８における積載土砂１８の断
面積Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６、Ｓ７、Ｓ８が求められ
る。

【００３４】（１０）ついで、ＣＰＵ７４の３次スプラ
イン補間法を用いた第５演算機能によって、前記
（２）〜（９）で求められた８個のデータ点（断面積Ｓ
１〜Ｓ８のデータ点）を滑らかに連結する積載土砂断面
積の３次スプライン関数Ｓ＝Ｇ（Ｘ）が求められる。こ
の関数Ｓ＝Ｇ（Ｘ）は、図１（ｂ）のＸＳ面上の８個の
データ点Ｘ１，Ｓ１〜Ｘ８，Ｓ８を節点とし、これらの
節点を滑らかに連結する３次の区分的多項式関数に相当
する。

【００３５】（１１）ついで、ＣＰＵ７４の第６演算機
能によって、前記（１０）で求められたＳ＝Ｇ（Ｘ）
を、船倉２０のＸ軸に沿った一側端部Ｘｓ（Ｘｓ＝０）
から他側端部Ｘｅまでの間で積分することによって、積
載土砂１８の体積Ｖが求められる。すなわち、次に示す
「数２」によって体積Ｖが求められる。図１（ｂ）の場
合では、「数２」のＸｓ＝０である。

【００３６】

【数２】

【００３７】前記実施形態例では、土砂運搬船に乗り込
んだ計測者がレーザ測定器で計測基準点から積載土砂表
面上の２ｎ個の計測点までの距離Ｒと角度θを計測し、
この計測データをＲＳ２３２Ｃ通信コネクタを用いて無
線で集計センタのパソコンに送信し、このパソコンによ
って積載土砂の体積を求めるようにした場合について説
明したが、本発明はこれに限るものではない。例えば、
土砂運搬船に乗り込んだ計測者がレーザ測定器の計測デ
ータを所定の用紙に書き込み、この用紙をファクシミリ
を用いて集計センタへ送信したり、用紙に記入された計
測データを電話で集計センタへ送信して、集計センタ側
でパソコンを用いて積載土砂の体積を求めるようにした
場合についても利用することができる。

【００３８】前記実施形態例では、土砂運搬船に乗り込
んだ計測者がレーザ測定器の計測データを集計センタへ
送信し、集計センタ側で積載土砂の体積を求めるように
した場合について説明したが、本発明はこれに限るもの
でなく、土砂運搬船に乗り込んだ計測者が所定の機能を
持ったパソコン（例えば携帯可能なパソコン）を持込
み、このパソコンをレーザ測定器に結合し、レーザ測定
器で計測したデータをＲＳ２３２Ｃ通信コネクタを用い
てオンラインでパソコンに伝送し、このパソコンで積載
土砂の体積を求めるようにした場合についても利用する
ことができる。この場合、パソコンに積載土砂表面の輪
郭線を表示する機能を付与した場合には、この表示され
た輪郭線と肉眼で見た積載土砂表面の輪郭線とを対比す
ることができるので、対比結果に基づいてより適切な計
測点への修正が可能となり、精度の高い計測データを得
ることができ、精度の高い体積を求めることができる。

【００３９】前記実施形態例では、船倉内面の輪郭線Ｆ
０（Ｚ）の折曲点が７点（Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ
の７点）の場合で、折曲点の全てが積載土砂内に埋もれ
ている場合について説明したが、本発明はこれに限るも
のでなく、船倉内面の輪郭線Ｆ０（Ｚ）の折曲点が７点
以外の場合についても利用することができ、また折曲点
の一部が積載土砂表面上に露出している場合についても
利用することができる。例えば、図９に示すように、船
倉内面の輪郭線Ｆ０（Ｚ）の折曲点が５点（Ｂ、Ｃ、
Ｄ、Ｅ、Ｆの５点）の場合についても利用することがで
きる。また、８つの横断面の一部又は全部において、図
９に示すように、折曲点Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆのうちの１
つの折曲点Ｄが積載土砂１８の表面上に露出している場
合についても利用することができる。図９において、輪
郭線Ｙ＝Ｆ０（Ｚ）は船倉内面の始点Ａ、折曲点Ｂ、
Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、終点Ｇを順次連結した折曲線を表す。

【００４０】つぎに図９の場合における積載土砂断面積
の求め方について説明する。説明の便宜上、折曲点Ｂ、
Ｃ、Ｄ、Ｅ、ＦのＺＹ面上のデータを（Ｚｂ，０）、
（Ｚｃ，０）、（Ｚｄ，Ｙｄ）、（Ｚｅ，０）、（Ｚ
ｆ，０）とし、横断面をＷ１とし、積載土砂断面積をＳ
１とすると、このＳ１は次式で求められる。 Ｓ１＝ａ１＋ａ２＋ａ３＋ａ４＋ａ５＋ａ６＋ａ７ 上式において、ａ４はＦ（Ｚ）−Ｆ０（Ｚ）＜０となる
ので０とおき（ａ４＝０）、ａ１、ａ２、ａ３、ａ５、
ａ６、ａ７はそれぞれ、次に示す「数３」、「数４」、
「数５」、「数６」、「数７」、「数８」によって求め
られる。

【００４１】

【数３】

【００４２】

【数４】

【００４３】

【数５】

【００４４】

【数６】

【００４５】

【数７】

【００４６】

【数８】

【００４７】前記実施形態例では、横断面が８個（ｍ＝
８）、各横断面上に位置する積載土砂表面上の計測点の
数が６個（２ｎ＝６）の場合について説明したが、本発
明はこれに限るものでなく、横断面が６個以上の場合
（ｍが６以上の整数の場合）、積載土砂表面上の計測点
数が６以上の偶数個の場合（ｎが３以上の整数の場合）
についても利用することができる。一般的に、ｍ、ｎの
数が少ないほど計測に要する時間を短くでき、ｍ、ｎの
数が多いほど計測の精度を上げることができるが、ベル
トコンベア等を用いて船倉内に土砂を積載する場合に
は、積載土砂表面の輪郭線はある程度自然な形状となる
ので、前記実施形態例の横断面が８個（ｍ＝８）、積載
土砂表面上の計測点数が６個（２ｎ＝６）の場合におい
ても相当程度の精度で計測することができる。

【００４８】前記実施形態例では、土砂運搬船の船倉の
縦方向（船首・船尾方向）の中心軸をＸ軸とし、このＸ
軸に垂直なｍ個の横断面をＺＹ面とした場合について説
明したが、本発明はこれに限るものでなく、土砂運搬船
の船倉の縦方向と垂直な横方向をＸ軸とし、このＸ軸に
垂直なｍ個の横断面をＺＹ面とした場合についても利用
することができる。この場合、船倉の開口端部の船首側
と船尾側に、Ｘ軸を中心とした対象位置に所定間隔で基
準線を設け、対応する１対の基準線上に順次レーザ測定
器を位置決めした計測することになる。

【００４９】前記実施形態例では、スプライン関数Ｙ＝
Ｆ（Ｚ）及びＳ＝Ｇ（Ｘ）を求める計算を簡単にするた
めに、３次スプライン補間法を用いて３次スプライン関
数を求めた場合について説明したが、本発明はこれに限
るものでなく、３次以外のスプライン補間法を用いて３
次以外のスプライン関数Ｙ＝Ｆ（Ｚ）及びＳ＝Ｇ（Ｘ）
を求めるようにした場合についても利用することができ
る。

【００５０】

【発明の効果】本発明は、土砂運搬船の船倉に積載され
た土砂の体積を測定する方法において、船倉の縦方向又
は横方向の中心軸（Ｘ軸）と、この中心軸に垂直なｍ個
の横断面（ＺＹ面）とを決定し、各横断面上に位置しＸ
軸の両側に位置する設定箇所を計測基準点に決定し、各
横断面について、レーザ測定器で計測基準点から積載土
砂表面上のｎ個の計測点までの距離と角度を計測し、こ
の計測データをＺ，Ｙデータに変換し、スプライン補間
法を用いて２ｎ個のデータ点Ｚ１，Ｙ１〜Ｚ２ｎ，Ｙ２
ｎを滑らかに連結する積載土砂表面輪郭線のスプライン
関数Ｙ＝Ｆ（Ｚ）を求め、船倉内面輪郭線の関数Ｙ＝Ｆ
０（Ｚ）を求め、関数Ｙ＝Ｆ（Ｚ）とＹ＝Ｆ０（Ｚ）の
交点を求め、Ｆ（Ｚ）−Ｆ０（Ｚ）≧０以上となる交点
間でＦ（Ｚ）−Ｆ０（Ｚ）をＺについて積分して各横断
面の積載土砂断面積Ｓ１〜Ｓｍを求め、スプライン補間
法を用いてｍ個のデータ点Ｓ１〜Ｓｍを滑らかに連結す
る積載土砂断面積のスプライン関数Ｓ＝Ｇ（Ｘ）を求
め、船倉のＸ軸に沿った一側端部から他側端部までの間
でＳ＝Ｇ（Ｘ）をＸについて積分して積載土砂の体積を
求めるように構成したので、次のような効果を有する。 （１）レーザ測定器を用いて土砂運搬船の所定箇所（例
えば、左舷、右舷）から計測できるので、従来例のよう
に計測者が積載土砂上に乗り移る必要がなく安全であ
り、必要とする計測者の数を少なくできる（例えば２〜
３名にできる）。 （２）レーザ測定器を用いた土砂運搬船の所定箇所（例
えば、左舷、右舷）からの計測で積載土砂表面上の２ｎ
個の計測点についての計測データ（距離と角度）を得る
ようにしたので、従来例の海上設置物のような大掛かり
な装置を必要としない。 （３）スプライン補間法を用いて、積載土砂表面の輪郭
線のスプライン関数Ｙ＝Ｆ（Ｚ）と、積載土砂断面積の
輪郭線のスプライン関数Ｓ＝Ｇ（Ｘ）とを求め、レーザ
測定器の計測基準点と計測対象の積載土砂が同一の土砂
運搬船上にあるので、シンプソン法を利用し、計測基準
点が海上設置物上にあり計測対象の積載土砂が土砂運搬
船上にある従来例と比較して、計測誤差を小さくして正
確に土砂体積を測定することができる。

【００５１】スプライン関数Ｙ＝Ｆ（Ｚ）及びＳ＝Ｇ
（Ｘ）を、３次スプライン補間法を用いて求めた３次ス
プライン関数とした場合には、スプライン関数を求める
計算を簡単にすることができる。

【００５２】関数Ｙ＝Ｆ０（Ｚ）を、各横断面における
船倉内面の輪郭線の始点、折曲点、終点のＺ，Ｙデータ
を基にして求めるようにした場合には、関数Ｙ＝Ｆ０
（Ｚ）を簡単且つ正確に求めることができる。

【００５３】各横断面における船倉内面輪郭線の折曲点
のＺ，Ｙデータを、土砂運搬船の船名を引数としてメモ
リに予め記憶しておき、土砂運搬船の船名を引数として
メモリからＺ，Ｙデータを読み出し、このＺ，Ｙデータ
を基にして関数Ｙ＝Ｆ０（Ｚ）求めるようにした場合に
は、関数Ｙ＝Ｆ０（Ｚ）をより早く求めることができ
る。

【００５４】レーザ測定器に、計測データを置数し、ス
イッチ操作で出力ポートから計測データを出力する機能
を付与した場合には、レーザ測定器で計測した距離と角
度の計測データを早く且つ正確に演算部（例えばコンピ
ュータ）へ転送することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による土砂運搬船の積載土砂体積測定方
法の一実施形態例を示すもので、（ａ）は土砂運搬船を
Ｘ軸に垂直な横断面Ｗ１に沿って切断した端面（ＺＹ
面）上に現われる３次スプライン関数Ｙ＝Ｆ（Ｚ）を表
示した図、（ｂ）は土砂運搬船の横断面Ｗ１〜Ｗ８の断
面積データ点Ｓ１〜Ｓ８を滑らかに連結する３次スプラ
イン関数Ｓ＝Ｇ（Ｘ）をＳＸ面上に表示した図である。

【図２】本発明による土砂運搬船の積載土砂体積測定方
法の一実施形態例を示すもので、（ａ）は土砂運搬船側
で計測されたデータが集計センタ側へ送信される状態を
示す概略図、（ｂ）は土砂運搬船の平面図である。

【図３】図１、図２中のレーザ測定器３０Ｌ（３０Ｒ）
の正面図である。

【図４】図３の一部を省略した左拡大側面図である。

【図５】図３の一部を省略した右拡大側面図である。

【図６】図１、図２、図３中の取付台座２８Ｌ（２８
Ｒ）を示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図で
ある。

【図７】図２中のパソコン２４が具備する回路のブロッ
ク図である。

【図８】本発明による土砂運搬船の積載土砂体積測定方
法のうちの、レーザ測定器３０Ｌ（３０Ｒ）の計測デー
タに基づいて土砂体積を求める方法を示すフローチャー
トである。

【図９】本発明による土砂運搬船の積載土砂体積測定方
法の他の実施形態例を説明するもので、船倉内面輪郭線
（Ｙ＝Ｆ０（Ｚ））の一部が積載土砂表面輪郭線（Ｙ＝
Ｆ（Ｚ））から突出（露出）している状態を表示した図
である。

【図１０】赤外線センサーを利用した海上設置物によっ
て積載土砂の体積を測定する従来例の概略構成図であ
る。

【符号の説明】

１３…海面、 １６…土砂運搬船、 １８…積載土砂、
２０…船倉、 ２２…集計センタ、 ２４…パソコ
ン、 ２６…船倉２０の開口端部、 ２８Ｌ、２８Ｒ…
取付台座、 ３０Ｌ、３０Ｒ…レーザ測定器、 ３２…
可動ヨーク、 ３４…光波距離計本体、 ３６…視準望
遠鏡、 ３８…回転軸、 ４０…固定ヨーク、 ４２…
ロータリーエンコーダ、 ４４…連結板、 ４６…固定
用マグネット、 ４８…ハンドグリップ、 ５０…送光
レンズ、 ５２…受光レンズ、 ５４…ＲＳ２３２Ｃ通
信コネクタ、 ５６…電源スイッチ、 ５８…計測スイ
ッチ、 ６０…ＬＣＤ表示部、 ６２…回転固定ツマ
ミ、 ６４…高度微調ツマミ、６６…折曲板、 ６８…
コ字形板、 ７０…ボルト、 ７２…チョウナット、７
４…ＣＰＵ、 ７６…ＲＯＭ、 ７８…ＲＡＭ、 ８０
…外部記憶装置、８２…入出力制御部、 ８４…入力装
置、 ８６…ＣＲＴ、 ８８…プリンタ。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】土砂運搬船の船倉に積載された土砂の体積
   を測定する方法において、前記船倉の縦方向（船首・船
   尾方向）又は横方向の中心軸（Ｘ軸とする）と、この中
   心軸に垂直なｍ個（ｍは６以上の整数）の横断面（水平
   方向をＺ軸、垂直方向をＹ軸とするＺＹ面）とを決定
   し、各横断面上に位置し且つ前記船倉のＸ軸の両側に位
   置する設定箇所を計測基準点に決定し、各横断面につい
   て、レーザ測定器で計測基準点から積載土砂表面上のｎ
   個（ｎは３以上の整数）の計測点までの距離と角度を計
   測し、この計測データをＺ，Ｙデータに変換し、スプラ
   イン補間法を用いて２ｎ個のデータ点Ｚ１，Ｙ１〜Ｚ２
   ｎ，Ｙ２ｎを滑らかに連結する積載土砂表面輪郭線のス
   プライン関数Ｙ＝Ｆ（Ｚ）を求め、船倉内面輪郭線の関
   数Ｙ＝Ｆ０（Ｚ）を求め、関数Ｙ＝Ｆ（Ｚ）とＹ＝Ｆ０
   （Ｚ）の交点を求め、Ｆ（Ｚ）−Ｆ０（Ｚ）≧０以上と
   なる交点間でＦ（Ｚ）−Ｆ０（Ｚ）をＺについて積分す
   ることによって各横断面の積載土砂断面積Ｓ１〜Ｓｍを
   求め、スプライン補間法を用いてｍ個のデータ点Ｓ１〜
   Ｓｍを滑らかに連結する積載土砂断面積のスプライン関
   数Ｓ＝Ｇ（Ｘ）を求め、前記船倉のＸ軸に沿った一側端
   部から他側端部までの間でＳ＝Ｇ（Ｘ）をＸについて積
   分して前記積載土砂の体積を求めることを特徴とする土
   砂運搬船の積載土砂体積測定方法。
2. 【請求項２】スプライン関数Ｙ＝Ｆ（Ｚ）及びＳ＝Ｇ
   （Ｘ）を、３次スプライン補間法を用いて求めた３次ス
   プライン関数としてなる請求項１記載の土砂運搬船の積
   載土砂体積測定方法。
3. 【請求項３】関数Ｙ＝Ｆ０（Ｚ）は、各横断面における
   船倉内面の輪郭線の始点、折曲点、終点のＺ，Ｙデータ
   を基にして求めてなる請求項１又は２記載の土砂運搬船
   の積載土砂体積測定方法。
4. 【請求項４】各横断面における船倉内面の輪郭線の始
   点、折曲点、終点のＺ，Ｙデータは、土砂運搬船の船名
   を引数としてメモリに予め記憶しており、前記土砂運搬
   船の船名を引数として前記メモリから読み出したＺ，Ｙ
   データを基にして関数Ｙ＝Ｆ０（Ｚ）求めてなる請求項
   ３記載の土砂運搬船の積載土砂体積測定方法。
5. 【請求項５】レーザ測定器は、計測データを置数し、ス
   イッチ操作で出力ポートから計測データを出力する機能
   を具備してなる請求項１、２又は４記載の土砂運搬船の
   積載土砂体積測定方法。
6. 【請求項６】レーザ測定器は、計測データを置数し、ス
   イッチ操作で出力ポートから計測データを出力する機能
   を具備してなる請求項３記載の土砂運搬船の積載土砂体
   積測定方法。