JP2005233785A - 距離センサを用いた波の計測方法及びその計測システム - Google Patents

Abstract

【課題】 水面上の３点までの距離測定から波の波形を求め波の高さ、進行方向、速さの計測が可能な距離センサを用いた波の計測方法及びその計測システムを提供する。
【解決手段】 水面１１上で非直線上に並ぶ３点を測定点として設定し、水面１１の上方に非接触式の３つの距離センサ１２〜１４を配置し距離センサ１２〜１４毎に対象とする測定点を定めてこの測定点と距離センサ１２〜１４との間の距離を連続して測定し、得られた距離データから各測定点における上下変動データを演算して測定点を通過する波の波形を求める第１工程と、各測定点の間で波形の相互相関を求めて、実質的に同一波形の波が各測定点を通過するときの遅延時間を求める第２工程と、各測定点の位置と各測定点の間の遅延時間に基づいて波の速さと進行方向を求める第３工程とを有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、距離センサを用いた波の計測方法及びその計測システムに係り、更に詳細には距離センサで測定した水面上の３つの測定点までの距離から各測定点での上下変動データを演算して波の波形を求め、波形から波の高さを決定し、各測定点を同一の波形の波が通過する際の遅延時間から波の速さと進行方向を求める波の計測方法及びその計測システムに関する。

従来、海水又は淡水等の流体に浮遊する浮体にＧＰＳ受信機を搭載し、ＧＰＳ受信機がＧＰＳ信号を受信することで、浮体の動きを３次元位置データとして計測し、この浮体の３次元位置の動きをもって、海面又は水面の動揺及び流れを検知し、波高（波の大きさ）や、水流又は海流の流向流速を同時に計測するシステムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−３０２２２１号公報

しかしながら、特許文献１に記載された発明では、波高や、水流（海流）の流向流速の計測精度が低いという問題がある。また、波高や、水流（海流）の流向流速を計測しようとするときに、ＧＰＳ受信機を搭載した浮体を水面上に浮かべ、測定が終了すると回収しなければならないという問題が生じる。更に、水面上に浮かべた浮体は水流（海流）により流されて移動していくので、一定場所における連続測定には適さないという問題が生じる。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、水面上の異なる３つの測定点までの距離の測定から波の波形を求めて波の高さ、進行方向、及び速さを同時かつ容易に計測できると共に、一定場所における測定も可能な距離センサを用いた波の計測方法及びその計測システムを提供することを目的とする。

前記目的に沿う請求項１記載の距離センサを用いた波の計測方法は、水面上で非直線上に並ぶ３点を測定点として設定し、該水面の上方に非接触式の３つの距離センサを配置し、該各距離センサと該距離センサ毎に対象として定めた前記測定点との間の距離を連続して測定して、得られた距離データから該各測定点における上下変動データを演算して該測定点を通過する波の波形を求める第１工程と、
前記各測定点の間で波形の相互相関を求めて、実質的に同一波形の波が前記各測定点を通過するときの遅延時間を求める第２工程と、
前記各測定点の位置と該各測定点の間の前記遅延時間に基づいて波の速さと進行方向を求める第３工程とを有する。

水面上に波が存在すると水面が上下に変動するので、距離センサと測定点との間の距離も水面の上下変動に同期して変化する。このため、各距離センサで連続的に距離センサと測定点との間の距離を測定すると、距離センサの位置と測定方向を考慮することで、距離の時間変動から各測定点における水面の上下変動データを求めることができる。そして、この上下変動データは水面の上下変動に同期していることから、測定点を通過する波の波形に対応する。
ここで、各測定点の間で波形の相互相関を求めることにより、実質的に同一波形の波が各測定点を通過するときの遅延時間を求めることができる。そして、各測定点の間の遅延時間の相対的な違いから波の進行方向を求めることができる。また、各測定点の位置は予め設定されているので各測定点の間の距離を求めることができ、測定点間距離とその両端点となる測定点の間の遅延時間の絶対値から波の速さが求められる。
なお、非接触式の距離センサとしては、例えば、光波距離センサ、電磁波距離センサ、超音波距離センサを使用することができる。

請求項２記載の距離センサを用いた波の計測方法は、請求項１記載の距離センサを用いた波の計測方法において、前記距離センサを前記各測定点の垂直上方に測定方向を真下に向けてそれぞれ配置する。
これによって、距離センサで連続的に測定される距離データから直接水面の上下変動データを求めることができる。

請求項３記載の距離センサを用いた波の計測方法は、請求項１及び２記載の距離センサを用いた波の計測方法において、前記第３工程で、前記波の速さと進行方向を、前記各測定点の中から任意に選ばれる２組の測定点間距離と該各測定点間距離をそれぞれ波が移動するのに要する時間に基づいて求める。
水面上の各測定点の位置が設定されていることから、任意の２組の測定点間距離を求めることができる。また、各測定点の間の遅延時間から、各測定点間距離を波が移動するのに要する時間を求めることができる。従って、波の速さと進行方向を変数として、各測定点間を波が移動する際の関係式（方程式）を作成することができ、これらを連立させて解くことにより、波の速さと進行方向を求めることができる。

請求項４記載の距離センサを用いた波の計測方法は、請求項１及び２記載の距離センサを用いた波の計測方法において、前記第３工程で、前記各測定点から求まる３組の測定点間距離をそれぞれ波が移動するのに要する時間を前記波の速さと進行方向を用いて表し、最小２乗法により該波の速さと進行方向を求める。
水面上の各測定点の位置が設定されていることから、３組の測定点間距離を求めることができる。また、各測定点の間の遅延時間から、各測定点間距離を波が移動するのに要する時間を求めることができる。従って、波の速さと進行方向を変数として、３組の測定点間距離を波が移動する際の関係式（方程式）を作成することができる。ここで、波の速さと進行方向を変数とする関係式が３組存在するので、最小２乗法により波の速さと進行方向を求めることができる。

前記目的に沿う請求項５記載の距離センサを用いた波の計測システムは、水面の上方に配置され、該水面上で非直線上に設定された３つの測定点までの距離をそれぞれ連続して測定する非接触式の３つの距離センサと、
前記各距離センサで得られた前記距離から前記各測定点における上下変動データを演算して該各測定点を通過する波の波形を求める第１の演算手段と、
前記各測定点の間で波形の相互相関を求めて、実質的に同一波形の波が前記各測定点を通過するときの遅延時間を求める第２の演算手段と、
前記各測定点の位置と該各測定点の間の前記遅延時間に基づいて波の速さと進行方向を求める第３の演算手段とを有する。

請求項６記載の距離センサを用いた波の計測方法システムは、請求項５記載の距離センサを用いた波の計測システムにおいて、前記各距離センサは水面の上方に配置された支持部材に、前記各測定点に対応して位置と測定方向がそれぞれ設定されて載置されている。
このような構成とすることにより、各測定点と距離センサを１対１に対応させることができる。

請求項１〜４記載の距離センサを用いた波の計測方法においては、水面上に非直線上に並ぶ３つの測定点を設定し、実質的に同一波形の波が各測定点を通過するときの遅延時間を求めて各測定点の位置と遅延時間に基づいて波の速さと進行方向を求めるので、波の進行方向及び速さを同時かつ容易に計測することが可能になる。
ここで、岸壁の前面の海面上における波の進行方向及び速さを測定するようにすると、船舶の接岸、特に夜間での接岸が容易になる。また、船舶の舳先に距離センサを取付けて船舶の進行方向前面の波の進行方向及び速さを測定するようにすると、船舶の接岸、運航の自動操船が可能になる。

特に、請求項２記載の距離センサを用いた波の計測方法においては、距離センサを各測定点の垂直上方に測定方向を真下に向けてそれぞれ配置するので、距離センサで連続的に測定される距離データから水面の上下変動データを容易に求めることができ、測定点を通過する波の波形のデータを容易に求めることが可能になる。

請求項３記載の距離センサを用いた波の計測方法においては、第３工程で、波の速さと進行方向を、各測定点の中から任意に選ばれる２組の測定点間距離と各測定点間距離をそれぞれ波が移動するのに要する時間に基づいて求めるので、波の速さと進行方向を即座に求めることが可能になる。

請求項４記載の距離センサを用いた波の計測方法においては、第３工程で、各測定点から求まる３組の測定点間距離をそれぞれ波が移動するのに要する時間を波の速さと進行方向を用いて表し、最小２乗法により波の速さと進行方向を求めるので、測定時に外乱が生じても高精度で波の速さと進行方向を求めることが可能になる。

請求項５及び６記載の距離センサを用いた波の計測システムにおいては、水面の上方に配置され、水面上で非直線上に設定された３つの測定点までの距離をそれぞれ連続して測定する非接触式の３つの距離センサと、各距離センサで得られた距離から各測定点を通過する波の波形を求める第１の演算手段と、実質的に同一波形の波が各測定点を通過するときの遅延時間を求める第２の演算手段と、各測定点の位置と遅延時間に基づいて波の速さと進行方向を求める第３の演算手段とを有するので、計測システムの構成を簡単にすることができ、安価に計測システムを製作することが可能になる。

特に、請求項６記載の距離センサを用いた波の計測方法システムにおいては、各距離センサは水面の上方に配置された支持部材に、各測定点に対応して位置と測定方向がそれぞれ設定されて載置されているので、測定点と距離センサを１対１に対応させることができ、水面上に設定された測定点における波の高さ、波の進行方向及び速さの同時測定が可能になる。
また、支持部材を水面に対して固定して設けることにより、水面上の一定場所における波の高さ、波の進行方向及び速さの同時測定が可能になる。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここで、図１は本発明の一実施の形態に係る距離センサを用いた波の計測システムの説明図、図２は同距離センサを用いた波の計測システムで水面上に設定した座標系における測定点の位置関係を示す説明図、図３は座標系における波の進行方向を示す方向ベクトルｅの説明図である。
図１、図２に示すように、本発明の一実施の形態に係る距離センサを用いた波の計測システム１０は、水面の一例である海面１１の上方に配置され、海面１１上で非直線上に設定された３つの測定点Ｐ₁ 、Ｐ₂ 、Ｐ₃ までの距離を連続して測定する非接触式の３つの距離センサの一例である光波距離センサ１２〜１４と、各光波距離センサ１２〜１４で測定された距離から海面１１上の各測定点Ｐ₁ 、Ｐ₂ 、Ｐ₃ を通過する波の波形を求める第１の演算手段１５を有している。
また、波の計測システム１０は、各測定点Ｐ₁ 、Ｐ₂ 、Ｐ₃ の間で波形の相互相関を求めて、測定点Ｐ₁ 、Ｐ₂ 、Ｐ₃ 中の一つの測定点Ｐ₁ を通過した波の波形と実質的に同一の波形が残りの測定点Ｐ₂ 、Ｐ₃ をそれぞれ通過するまでの遅延時間Ｔ₂₁、Ｔ₃₁を求める第２の演算手段１６と、各光波距離センサ１２〜１４の配置から決まる各測定点Ｐ₁ 、Ｐ₂ 、Ｐ₃ の位置と遅延時間Ｔ₂₁、Ｔ₃₁に基づいて波の速さと進行方向を求める第３の演算手段１７と、第１〜３の演算手段１５〜１７でそれぞれ求めた結果を表示する表示手段１８を有している。以下、これらについて詳細に説明する。

各光波距離センサ１２〜１４は、光波距離センサ１２〜１４の発光部から発射された光が海面１１で反射して受光部で検出されるまでの光波の往復伝播時間を測定して、海面１１までの距離を求めるものである。使用する光波としてはレーザ光や近赤外線光を使用することができるが、測定する海面１１までの距離の範囲が、例えば、３０ｍ以内の場合ではレーザ光や近赤外線光を、海面１１までの距離の範囲が、例えば、３０ｍを超えるとレーザ光やミリ波レーダを使用するのがよい。
ここで、各測定点Ｐ₁ 、Ｐ₂ 、Ｐ₃ は、海面１１上に想定される、例えば、一辺の長さが３〜６ｍの正三角形の各頂点の位置に設定されており、各光波距離センサ１２〜１４は、海面１１の上方の位置に配置され、海面１１上に想定された正三角形と合同な正三角形状の枠体１９（支持部材の一例）の各頂点の位置に、測定方向を真下に向けて配置されている。更に、枠体１９は、岸壁に設けられた図示しない支柱で、海面１１に平行に高さ５〜１５ｍの位置に支持されている。

各光波距離センサ１２〜１４で各測定点Ｐ₁ 、Ｐ₂ 、Ｐ₃ までの距離を測定する際に、各測定点Ｐ₁ 、Ｐ₂ 、Ｐ₃ は波に伴う海面１１の上下移動に同期して同一振幅で上下に移動する。このため、各測定点Ｐ₁ 、Ｐ₂ 、Ｐ₃ までの距離は時間に対して変動するので、各測定点Ｐ₁ 、Ｐ₂ 、Ｐ₃ までの距離を連続して測定して距離データを得る。
ここで、各光波距離センサ１２〜１４は測定点Ｐ₁ 、Ｐ₂ 、Ｐ₃ の真上（垂直上方）にそれぞれ存在しているので、各測定点Ｐ₁ 、Ｐ₂ 、Ｐ₃ までの距離の変動は、各測定点Ｐ₁ 、Ｐ₂ 、Ｐ₃ の上下方向の変動に対応する。従って、この上下変動データが各測定点Ｐ₁ 、Ｐ₂ 、Ｐ₃ を通過する波の波形になる。

第１の演算手段１５は、各光波距離センサ１２〜１４で測定された距離の時間変動から光波距離センサ１２〜１４の位置と測定方向を考慮して各測定点Ｐ₁ 、Ｐ₂ 、Ｐ₃ における海面１１の上下変動データを演算して波の波形を求める機能を備えた波形演算部２０と、波形演算部２０から出力された上下変動データを用いて、例えば波の波形における連続する山と谷の平均値を算出して波の基準レベルを求めて上下変動データとの差から波の高さを求めて出力する機能を備えた波高算出部２１を有している。
第２の演算手段１６は、各測定点Ｐ₁ 、Ｐ₂ 、Ｐ₃ で得られた上下変動データ（波の波形）を用いて、測定点Ｐ₁ と測定点Ｐ₂ 、測定点Ｐ₁ と測定点Ｐ₃ の間での波形の相互相関を求め、測定点Ｐ₁ を通過した波の波形と実質的に同一の波形が他の測定点Ｐ₂ 、Ｐ₃ をそれぞれ通過する遅延時間Ｔ₂₁、Ｔ₃₁を求めて出力する機能を有している。
第３の演算手段１７は、測定点Ｐ₁ と測定点Ｐ₂ 間の距離、測定点Ｐ₁ と測定点Ｐ₃ 間の距離、測定点Ｐ₁ を通過した波形が測定点Ｐ₂ を通過する際の遅延時間Ｔ₂₁、及び測定点Ｐ₁ を通過した波形が測定点Ｐ₃ を通過する際の遅延時間Ｔ₃₁から波の速さと進行方向を求めて出力する機能を備えた速さ及び進行方向算出部２２を有している。

表示手段１８は、第１〜第３の演算手段１５〜１７でそれぞれ求めた各測定点Ｐ₁ 、Ｐ₂ 、Ｐ₃ での波の波形や波の高さ、測定点Ｐ₁ と測定点Ｐ₂ 間の距離や測定点Ｐ₁ と測定点Ｐ₃ 間の距離、測定点Ｐ₁ を通過した波形が測定点Ｐ₂ を通過する際の遅延時間Ｔ₂₁や測定点Ｐ₁ を通過した波形が測定点Ｐ₃ を通過する際の遅延時間Ｔ₃₁、及び波の速さや進行方向をディスプレイやプリンタに出力する機能を有している。
なお、第１〜第３の演算手段１５〜１７及び表示手段１８は、上記の各機能をそれぞれ発現させるプログラムを、例えばパーソナルコンピュータに搭載することにより構成することができる。

次に、本発明の一実施の形態に係る距離センサを用いた波の計測方法として、岸壁の近くでの波の速さ、進行方向、及び波の高さを計測することについて説明する。
先ず、海面１１に平行に高さ５〜１５ｍの位置に１辺が３〜６ｍの正三角形状の枠体１９を配置し、その頂点に測定方向を真下に向けて光波距離センサ１２〜１４を配置する。そして、図２に示すように、各光波距離センサ１２〜１４の真下の海面１１上に存在する各測定点Ｐ₁ 、Ｐ₂ 、Ｐ₃ に向けて光波を照射し、各測定点Ｐ₁ 、Ｐ₂ 、Ｐ₃ までの距離を測定する。
ここで、各測定点Ｐ₁ 、Ｐ₂ 、Ｐ₃ は、各光波距離センサ１２〜１４の真下に存在しているので、各測定点Ｐ₁ 、Ｐ₂ 、Ｐ₃ までの距離の変動は、各測定点Ｐ₁ 、Ｐ₂ 、Ｐ₃ の上下方向の変動に対応する。従って、第１の演算手段１５の波形演算部２０からは、入力された各測定点Ｐ₁ 、Ｐ₂ 、Ｐ₃ までの距離の変動データを各測定点Ｐ₁ 、Ｐ₂ 、Ｐ₃ での上下変動データ、すなわち各測定点Ｐ₁ 、Ｐ₂ 、Ｐ₃ を通過する波の波形のデータが連続的に出力される。
また、波高算出部２１では、各測定点Ｐ₁ 、Ｐ₂ 、Ｐ₃ での基準レベルが順次算出されて各測定点Ｐ₁ 、Ｐ₂ 、Ｐ₃ での波の高さのデータが連続的に出力される（以上、第１工程）。ここで、各測定点Ｐ₁ 、Ｐ₂ 、Ｐ₃ で得られる瞬時瞬時の波の高さの平均値を求めて、各測定点Ｐ₁ 、Ｐ₂ 、Ｐ₃ で囲まれる領域の波の高さとしてもよい。

第１の演算手段１５から連続的に出力される各測定点Ｐ₁ 、Ｐ₂ 、Ｐ₃ を通過する波の波形のデータは、続いて、第２の演算手段１６に入力され、各測定点Ｐ₁ 、Ｐ₂ 、Ｐ₃ の間で波形の相互相関が求められて、測定点中の一つの測定点Ｐ₁ を通過した波の波形と実質的に同一の波形が残りの測定点Ｐ₂ 、Ｐ₃ をそれぞれ通過するまでの遅延時間Ｔ₂₁、Ｔ₃₁が求められる。以下、具体的に説明する。
例えば、図２に示すような座標軸を設定し、原点Ｏに向かってくる波の進入方向をＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの４つの領域に分割する。また、各測定点Ｐ₁ 、Ｐ₂ 、Ｐ₃ の位置を表す位置ベクトルをそれぞれｐ₁ 、ｐ₂ 、ｐ₃ とする。領域Ａは、正方向のｘ軸を基準として３０°≦θ＜１５０°の範囲に存在する。以下、領域ＡをＡ［３０°≦θ＜１５０°］と表す。同様に、Ｂ、Ｃ、Ｄの各領域は、それぞれＢ［１５０°≦θ＜２１０°］、Ｃ［２１０°≦θ＜３３０°］、Ｄ［３３０°≦θ＜３９０°］となる。

領域Ａから原点Ｏに向かって波が進入してくる場合を考える。この場合、測定点Ｐ₁ で測定された波は、遅延時間Ｔ₂₁（＞０）、Ｔ₃₁（＞０）を経過して測定点Ｐ₂ 、Ｐ₃ で測定される。
ここで、遅延時間Ｔ₂₁は測定点Ｐ₁ と測定点Ｐ₂ でそれぞれ測定される波の相互相関を取ることにより、遅延時間Ｔ₃₁は測定点Ｐ₁ と測定点Ｐ₃ でそれぞれ測定される波の相互相関を取ることにより求まる。すなわち、サンプリング周期ΔＴで測定される各測定点Ｐ₁ 、Ｐ₂ 、Ｐ₃ における波の波形のデータ、例えば、波形演算部２０から連続的に出力されるデータをｓ_j （ｋ）（ｊ＝１，２，３；ｋ＝０，１，２，・・・）として、（１）式で示される測定点Ｐ₁ と測定点Ｐ₂ でそれぞれ測定される波の相互相関関数φ₂₁を最大化するｍ^* ₂₁を求めることにより、遅延時間Ｔ₂₁はＴ₂₁＝ｍ^* ₂₁ΔＴで決定される。同様に、（２）式で示される測定点Ｐ₁ と測定点Ｐ₃ でそれぞれ測定される波の相互相関関数φ₃₁を最大化するｍ^* ₃₁を求めることにより、遅延時間Ｔ₃₁はＴ₃₁＝ｍ^* ₃₁ΔＴで決定される（以上、第２工程）。
なお、波形のデータとして、波形演算部２０から連続的に出力される波の波形のデータを使用したが、波高算出部２１から出力される各測定点Ｐ₁ 、Ｐ₂ 、Ｐ₃ での瞬時瞬時の波の高さのデータを使用してもよい。

第２演算手段１６から出力される遅延時間Ｔ₂₁（＝ｍ^* ₂₁ΔＴ）、遅延時間Ｔ₃₁（＝ｍ^* ₃₁ΔＴ）は第３の演算手段１７に設けられた速さ及び進行方向算出部２２に入力される。
ここで、Ｖを波の速さ、ｅを波の進行方向を示す方向ベクトル（ｘ軸となす方向角をβ、図３参照）とすると、波の進行方向に対して射影した測定点Ｐ₁ と測定点Ｐ₂ の距離は（ｐ₂ −ｐ₁ ，ｅ）、波の進行方向に対して射影した測定点Ｐ₁ と測定点Ｐ₃ の距離は（ｐ₃ −ｐ₁ ，ｅ）であるので、距離（ｐ₂ −ｐ₁ ，ｅ）、速さＶ、及び遅延時間Ｔ₂₁（＝ｍ^* ₂₁ΔＴ）の間には（３）式の関係が、距離（ｐ₃ −ｐ₁ ，ｅ）、速さＶ、及び遅延時間Ｔ₃₁（＝ｍ^* ₃₁ΔＴ）の間には（４）式の関係が成立する。

従って、速さ及び進行方向算出部２２では、（３）式、（４）式を連立させて、角度βと速さＶを算出する。なお、波の進入方向がＡ領域であるので、方向角βとしては２１０°≦θ＜３３０°の範囲に存在する解を求める（以上、第３工程）。
以上、領域Ａから原点Ｏに向かって波が進入してくる場合を説明したが、領域Ｂから原点Ｏに向かって波が進入してくる場合では、遅延時間Ｔ₂₁＞０、遅延時間Ｔ₃₁＜０、領域Ｃから原点Ｏに向かって波が進入してくる場合では、遅延時間Ｔ₂₁＜０、遅延時間Ｔ₃₁＜０、領域Ｄから原点Ｏに向かって波が進入してくる場合では、遅延時間Ｔ₂₁＜０、遅延時間Ｔ₃₁＞０となる。
従って、各相互相関関数φ₂₁、φ₃₁をそれぞれ最大化するｍ^* ₂₁、ｍ^* ₃₁の符号から、Ａ〜Ｄのどの領域から波が進入してくるのかが先ず判明する。そして、波の進入領域が判明すると、方向角βの範囲が決まるため、（３）式、（４）式を連立させて、角度βと速さＶを算出できる。

速さ及び進行方向算出部２２では、（３）式、（４）式を連立させて、角度βと速さＶを算出するようにしたが、各測定点Ｐ₁ 、Ｐ₂ 、Ｐ₃ から求まる３組の測定点間距離をそれぞれ波が移動するのに要する時間を波の速さＶと進行方向（角度β）を用いて表し、最小２乗法により該波の速さと進行方向を求めるようにしてもよい。
すなわち、（５）式で示される測定点Ｐ₂ と測定点Ｐ₃ でそれぞれ測定される波の相互相関関数φ₃₂を最大化するｍ^* ₃₂を求めることにより、測定点Ｐ₂ を通過した波が測定点Ｐ₃ を通過する際の遅延時間Ｔ₃₂はＴ₃₂＝ｍ^* ₃₂ΔＴで決定される。また、波の進行方向に対して射影した測定点Ｐ₂ と測定点Ｐ₃ の距離は（ｐ₃ −ｐ₂ ，ｅ）であるので、距離（ｐ₃ −ｐ₂ ，ｅ）、速さＶ、及び遅延時間Ｔ₃₂＝ｍ^* ₃₂ΔＴの間には（６）式の関係が成立する。

従って、（３）式、（４）式、及び（６）式の各関係に対して最小２乗法を適用して、波の進行方向（角度β）と波の速さ（Ｖ）を決定することができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではなく、発明の要旨を変更しない範囲での変更は可能であり、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組み合わせて本発明の距離センサを用いた波の計測方法及びその計測システムを構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
例えば、光波距離センサを正三角形状の枠体の頂点に測定方向を真下に向けて配置し、各測定点が正三角形の頂点の位置にくるようにしたが、枠体の形状を三角形とし各測定点が三角形の頂点の位置にくるようにしてもよい。
また、一箇所に３つの光波距離センサをセットし、互いに測定方向を変えて海面上の異なる３点までの距離を測定するようにしてもよい。この場合は、第１の演算手段に、各光波距離センサが測定した距離の変動を上下方向の変動に換算して出力する機能を設ける必要がある。
更に、船舶の舳先に３つの光波距離センサを設け、進行方向前面の非直線上に並ぶ３点を測定点として設定し、距離センサ毎に対象とする測定点を定めてこの測定点と距離センサとの間の距離を連続して測定して、船舶の進行方向前面における波の高さ、速さ、及び進行方向を求めることもできる。なお、この場合は、船舶に生じるピッチ、ロールの影響を除去する必要がある。その結果、船舶の接岸、運航における自動操船が可能になる。

本発明の一実施の形態に係る距離センサを用いた波の計測システムの説明図である。 同距離センサを用いた波の計測システムで水面上に設定した座標系における測定点の位置関係を示す説明図である。 座標系における波の進行方向を示す方向ベクトルｅの説明図である。

符号の説明

１０：波の計測システム、１１：海面、１２〜１４：光波距離センサ、１５：第１の演算手段、１６：第２の演算手段、１７：第３の演算手段、１８：表示手段、１９：枠体、２０：波形演算部、２１：波高算出部、２２：速さ及び進行方向算出部

Claims (6)

1. 水面上で非直線上に並ぶ３点を測定点として設定し、該水面の上方に非接触式の３つの距離センサを配置し、該各距離センサと該距離センサ毎に対象として定めた前記測定点との間の距離を連続して測定して、得られた距離データから該各測定点における上下変動データを演算して該測定点を通過する波の波形を求める第１工程と、
   前記各測定点の間で波形の相互相関を求めて、実質的に同一波形の波が前記各測定点を通過するときの遅延時間を求める第２工程と、
   前記各測定点の位置と該各測定点の間の前記遅延時間に基づいて波の速さと進行方向を求める第３工程とを有することを特徴とする距離センサを用いた波の計測方法。
2. 請求項１記載の距離センサを用いた波の計測方法において、前記距離センサを前記各測定点の垂直上方に測定方向を真下に向けてそれぞれ配置することを特徴とする距離センサを用いた波の計測方法。
3. 請求項１及び２のいずれか１項に記載の距離センサを用いた波の計測方法において、前記第３工程で、前記波の速さと進行方向を、前記各測定点の中から任意に選ばれる２組の測定点間距離と該各測定点間距離をそれぞれ波が移動するのに要する時間に基づいて求めることを特徴とする距離センサを用いた波の計測方法。
4. 請求項１及び２のいずれか１項に記載の距離センサを用いた波の計測方法において、前記第３工程で、前記各測定点から求まる３組の測定点間距離をそれぞれ波が移動するのに要する時間を前記波の速さと進行方向を用いて表し、最小２乗法により該波の速さと進行方向を求めることを特徴とする距離センサを用いた波の計測方法。
5. 水面の上方に配置され、該水面上で非直線上に設定された３つの測定点までの距離をそれぞれ連続して測定する非接触式の３つの距離センサと、
   前記各距離センサで得られた前記距離から前記各測定点における上下変動データを演算して該各測定点を通過する波の波形を求める第１の演算手段と、
   前記各測定点の間で波形の相互相関を求めて、実質的に同一波形の波が前記各測定点を通過するときの遅延時間を求める第２の演算手段と、
   前記各測定点の位置と該各測定点の間の前記遅延時間に基づいて波の速さと進行方向を求める第３の演算手段とを有することを特徴とする距離センサを用いた波の計測システム。
6. 請求項５記載の距離センサを用いた波の計測システムにおいて、前記各距離センサは水面の上方に配置された支持部材に、前記各測定点に対応して位置と測定方向がそれぞれ設定されて載置されていることを特徴とする距離センサを用いた波の計測システム。

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