JP2010237152A - 海底観測システム - Google Patents

Abstract

【課題】海底観測システムにおいて、センサ信号を送る線路の数を低減する。
【解決手段】情報信号を送受信してセンサ信号を受信する端局装置４１と、センサ信号を多重化する多重化伝送装置１３を内蔵する中継器筐体２８と、海底における物理現象を検出してセンサ信号を発するセンサ装置１２ａ〜１２ｄを内蔵する複数個のセンサ筐体２ａ〜２ｄと、端局装置４１に対して多重化伝送装置１３を接続する共通センサ信号線路２５２と、多重化伝送装置１３と複数個のセンサ装置１２ａ〜１２ｄとを接続する複数本のセンサ信号線路２５３、２５４と、を有して形成される海底ケーブル２５と、を備え、端局装置４１を海底ケーブル２５の終端に接続するようにして、端局装置４１と中継器筐体２８と、複数個のセンサ筐体２ａ〜２ｄの各々と、を海底ケーブル２５によって直列に接続する。
【選択図】図２

Description

本発明は、海底で生じた物理現象を検知するために、海底に配置されたセンサからのセンサ信号をモニタリングする海底観測システムに関し、特にセンサからの信号送出の技術に関するものである。

海底で生じた物理現象、例えば、海底で生じた地震による振動、水圧変化、磁気変化等、を検出して信号を地上に送出する海底観測システムを海底ケーブルに組み込む技術が近年注目されている（特許文献１、特許文献２を参照）。特許文献１、特許文献２では、海底ケーブルに組み込んだセンサからの検出信号を地上に設置される端局装置（端局）に伝送する技術が提案されている。

図３は、特許文献１に記載の技術である。図３を参照して特許文献１に記載の技術について説明をする（特許文献１における符号は２００番台に変更されている）。特許文献１に記載の海底観測システム２００では、海底ケーブル２２２、２２４、２２６、２２８内の各光ファイバー２３０、２３２、２３４はそれぞれ海底観測装置２０４、２０６、２０８に対応しており、同一の海底観測装置に対応する光ファイバーは、対応する海底観測装置の接続箇所を除いてすべて直列に接続されている。前記接続箇所で、海底観測装置の２つのポート２１６、２１８は異なる海底ケーブルの対応する光ファイバーに接続され、海底ケーブル２２２、２２８の光ファイバー２３０、２３２、２３４の端部は陸上端局装置２３６、２３８にそれぞれ接続されている。各海底観測装置からの光信号は異なる経路で陸上端局装置２３６、２３８に伝送されるため、１本の海底ケーブルが切断されても、かならず一方の陸上端局装置には光信号が伝送される。

図４は、特許文献２に記載の技術である。図４を参照して特許文献２に記載の技術について説明をする（特許文献２における符号は３００番台に変更されている）。特許文献２に記載の技術では、端局３０１と端局３０２の間に、減衰した光通信データ信号を増幅させる光増幅器３０３、３０５と、地震等の観測を行い、該観測に基づいた光観測データ信号を出力する観測装置３０４、３０６をそれぞれｎ（ｎは１以上の自然数）組備え、前記光通信データ信号と前記光観測データ信号を多重化させて通信ケーブル３０７を介して伝搬させる。

特開２００２−４０１５２号公報 特開平９−２１４４２５号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、センサと海底ケーブル内の光ファイバーは一対一で構成しているために、海底観測システム内でセンサの数が増加するとそれに応じて海底ケーブルの情報信号線路数も増えてしまう。そして、海底ケーブルの径が増大するとともに、海底ケーブルの重量も増大してしまった。その結果、海底ケーブルの敷設が困難となる場合があった。

特許文献２に記載の技術では、センサからの信号を多重化して、センサの数に対して、センサからの信号を伝送する線路の数を１本にして、さらには、情報を伝送する線路と共通化しているので、海底ケーブルの径の増大、重量の増大の問題は生じない。しかしながら、センサの個数と等しい数の多重化の回路が必要となり、装置が複雑化する。又、センサからの信号を伝送する線路と情報を伝送する線路とが共通化され、多重化の回路がこの１本の線路に直列に接続されているために、多重化の回路、情報を中継する回路、又は、線路の、いずれかの一部に障害が発生した場合には、センサからの信号、通信すべき情報のすべてが端局に伝送されなくなってしまった。

本発明は上述した問題点を解決し、海底ケーブルを構成するセンサ信号を伝送する線路の数をセンサの数よりも少なくするとともに、装置の一部、海底ケーブルの一部に障害が生じた場合でも、その被害を最小限度に留めることができる海底観測システムを提供するものである。

本発明の海底観測システムは、情報信号を送受信してセンサ信号を受信する端局装置と、前記センサ信号を多重化する多重化伝送装置を内蔵する中継器筐体と、海底における物理現象を検出して前記センサ信号を発するセンサ装置を内蔵する複数個のセンサ筐体と、前記端局装置に対して前記多重化伝送装置を接続する共通センサ信号線路と、前記多重化伝送装置と複数個の前記センサ装置とを接続する複数本のセンサ信号線路と、を有して形成される海底ケーブルと、を備え、前記端局装置を前記海底ケーブルの終端に接続するようにして、前記端局装置と前記中継器筐体と、前記複数個の前記センサ筐体の各々と、を前記海底ケーブルによって直列に接続する。

本発明の海底観測システムでは、端局装置と多重化伝送装置とを接続する共通センサ信号線路と、多重化伝送装置と複数個のセンサ装置とを接続する複数本のセンサ信号線路と、を有して形成される海底ケーブルと、を備え、センサ信号を端局装置に送ることができる。

本発明の海底観測システムでは、センサ信号を送る線路の数を低減することによって、海底ケーブルを構成するセンサ信号を伝送する線路の数をセンサの数よりも少なくするとともに、共通センサ線路に多重化伝送装置を並列に接続して海底ケーブルの一部に障害が生じた場合でも、その被害を最小限度に留めることができる

海底観測システムの構成を示す図である。 海底観測システムにおけるセンサ筐体、中継機筐体及び海底ケーブルの構成を示す図である。 特許文献１に記載の技術である。 特許文献２に記載の技術である。

発明を実施するための形態では、海底ケーブルに接続したセンサ装置を用いた海底観測システムにおいて、複数のセンサ装置からのセンサ情報を伝送するセンサ信号線路と、情報を伝送する情報線路とを分離して、一方の線路に係る障害が他方に影響を及ぼさないようにする。又、センサ信号を伝送するためのケーブルの本数を低減して海底ケーブルの径を小さくし、重量の軽減化を図るものである。以下、図面を参照して、実施形態の具体例である、実施例について説明をする。

図１は、海底観測システムの構成を示す図である。図２は、図１に示す海底観測システムにおけるセンサ筐体、中継機筐体及び海底ケーブルの構成をより詳細に示す図である。図１、図２を参照して、海底観測システムについて説明をする。

図１に示す海底観測システム５１は、端局装置４１と、海底ケーブル２５と、センサ筐体２ａ〜センサ筐体２ｄと、中継器筐体２８と、を有している。海底ケーブル２５の各区間である海底ケーブル２５ａ〜海底ケーブル２５ｅの各々の断面構造は同一とされている。なお、海底ケーブル２５ａ〜海底ケーブル２５ｅの各々の長さを海底ケーブル２５のシステム長と称している。センサ筐体２ａ〜センサ筐体２ｄの各々の構造は同一とされている。

ここで用いられる用語の意味について説明をする。海底ケーブル２５ａ、海底ケーブル２５ｂ、海底ケーブル２５ｃ、海底ケーブル２５ｄ、で示すように、添字であるａ、ｂ、ｃ、ｄを付した符号が指し示す各部分は、海底ケーブル２５の各々の区間を指し示すものとする。又、海底ケーブル２５の用語は、海底ケーブルの各区間である海底ケーブル２５ａ〜海底ケーブル２５ｅの全体で構成される海底ケーブルを指し示すととともに、海底ケーブル２５ａ〜海底ケーブル２５ｅの各々についての総称を指し示すものとする。

又、後述する、共通センサ信号線路２５２ａ〜共通センサ信号線路２５２ｄ、センサ信号線路２５３ａ〜センサ信号線路２５３ｄ、センサ信号線路２５４ａ〜センサ信号線路２５４ｄについても海底ケーブル２５に対すると同様の用語が用いられる。つまり、共通センサ信号線路２５２の用語は、共通センサ信号線路の各区間である共通センサ信号線路２５２ａ〜共通センサ信号線路２５２ｄの全体を指し示すととともに、共通センサ信号線路２５２ａ〜共通センサ信号線路２５２ｄの各々についての総称を指し示すものとする。

同様に、センサ信号線路２５３の用語は、センサ信号線路の各区間であるセンサ信号線路２５３ａ〜センサ信号線路２５３ｄの全体を指し示すととともに、センサ信号線路２５３ａ〜センサ信号線路２５３ｄの各々についての総称を指し示すものとする。同様に、センサ信号線路２５４の用語は、センサ信号線路の各区間であるセンサ信号線路２５４ａ〜センサ信号線路２５４ｄの全体を指し示すととともに、センサ信号線路２５４ａ〜センサ信号線路２５４ｄの各々についての総称を指し示すものとする。

又、センサ筐体２、中継器筐体２８、後述する、センサ装置１２についても、それらが複数個ある場合には添字、ａ、ｂ、ｃ、等を用いて、その各々を特定する。そして、センサ筐体２と同じ添字を有するセンサ装置１２は同一の筐体に含まれる構成部品を表す。

図１では、海底観測システム５１を構成する構成部である、端局装置４１と、海底ケーブル２５と、センサ筐体２と、中継器筐体２８とを備えている。海底観測システム５１では、端局装置４１は陸上に設置され、センサ筐体２は海底に配置されている。海底ケーブル２５の一部は、地上の端局装置と接続するために海中又は地上に配置されているが、海底ケーブル２５の多くは、海底のセンサ筐体２又は海底の中継器筐体２８と接続され海底に配置されている。このようにして、センサ筐体２が海底に配置されている故に海底における物理現象を検出できることとなる。センサ装置１２が検出する物理現象は、海底で生じた地震による振動、水圧変化、磁気変化、水温変化等である。

海底ケーブル２５の１区間当たりの長さであるチャンネル長（例えば、海底ケーブル２５ａの長さ）は、実施例では、数ｋｍ程度である。海底ケーブル２５は、通信に供する情報（単に情報と以下では省略をする）を伝送する情報信号線路と、後述するセンサ装置で検出するセンサ信号を伝送する線路と、電力を給電する給電線路（図示せず）とを有して構成されている。情報信号線路及びセンサ信号を伝送する線路は、光ファイバーであっても導電材料からなる導電線であっても良いが、給電線路は導電線で形成されている。

又、図１では、海底ケーブル２５の本数は４本、センサ筐体２の個数は４個、中継器筐体２８の個数は１個として記載されているが、これらの本数、個数は、原理的にはこれらに限るものではない。例えば、情報を伝送するケーブルの本数を増やせば通信可能容量を増加させることができる。又、中継器筐体２８の個数を増加させれば、通信可能距離を増加させることができる。又、センサ筐体２の個数を増やせば、物理現象の観測点の数を増加させることができる。

端局装置４１と他の端局装置（図示せず）とは、海底ケーブル２５を介して相互に通信するための変復調器（図示せず）、地上の他の設備と接続するための回線接続装置（図示せず）を配している。又、少なくとも一方の端局装置である端局装置４１は、センサ筐体２と中継器筐体２８とに給電線路を介して電力を給電するための電圧源としての電源装置（図示せず）を配している。

図２を参照して、センサ筐体２及び中継器筐体２８のセンサ信号の伝送に係る部分を中心に説明をする。

海底ケーブル２５ａは、センサ筐体２ａから中継器筐体２８へセンサ信号を送るセンサ信号線路２５３ａ、センサ筐体２ｂから中継器筐体２８へセンサ信号を送るセンサ信号線路２５３ｂ、センサ筐体２ｃから中継器筐体２８へセンサ信号を送るセンサ信号線路２５３ｃ、センサ筐体２ｄから中継器筐体２８へセンサ信号を送るセンサ信号線路２５３ｄ、中継器筐体２８から端局装置４１又は他の端局装置のいずれか、若しくは、端局装置４１にセンサ信号を送る共通センサ信号線路２５２ａ、を有し、通信情報を送る情報信号線路（図示せず）を有して構成されている。

海底ケーブル２５ｂ〜海底ケーブル２５ｅの各々は海底ケーブル２５ａと同様な構成を有している。なお、情報信号線路の各々は１本又は複数本の線路から形成されている。導電線で情報信号線路を形成する場合には、リターン側の線路も本数に含んでいる。

実施例における海底ケーブル２５が、端局装置４１、センサ筐体２、中継器筐体２８の各部とどのように接続されているかについて、図２を参照して以下に説明をする。海底ケーブル２５は、端局装置４１から１連のものとして形成されている。

海底ケーブル２５のセンサ信号線路２５３には、海底ケーブル２５の伸びる方向に沿って、センサ装置１２ａ、センサ装置１２ｄの各々が、端局装置４１（基点）からの距離が順に長くなる位置に分岐して（並列に）接続される。又、センサ信号線路２５４には、海底ケーブル２５の伸びる方向に沿って、センサ装置１２ｂ、センサ装置１２ｃの各々が、基点からの距離が順に長くなる位置に分岐して（並列に）接続される。

センサ筐体２ａ〜センサ筐体の各々は、防水構造とされている。センサ筐体２ａの内部にセンサ装置１２ａを有し、センサ筐体２ｂの内部にセンサ装置１２ｂを有し、センサ筐体２ｃの内部にセンサ装置１２ｃを有している。センサ装置１２ａは海底ケーブル２５ｂに含まれるセンサ信号線路２５３ｂに接続され、センサ装置１２ｂは海底ケーブル２５ｃに含まれるセンサ信号線路２５４ｃに接続され、センサ装置１２ｃは海底ケーブル２５ｄに含まれるセンサ信号線路２５４ｄに接続され、センサ装置１２ｄは海底ケーブル２５ｅに含まれるセンサ信号線路２５３ｅに接続されている。

センサ装置１２ａから得られるセンサ信号は、センサ信号線路２５３ｂとセンサ信号線路２５３ｃとを介して多重化伝送装置１３に入力される。センサ装置１２ｂから得られるセンサ信号は、センサ信号線路２５４ｃを介して多重化伝送装置１３に入力される。センサ装置１２ｃから得られるセンサ信号は、センサ信号線路２５４ｄを介して多重化伝送装置１３に入力される。センサ装置１２ｄから得られるセンサ信号は、センサ信号線路２５３ｅとセンサ信号線路２５３ｄとを介して多重化伝送装置１３に入力される。なお、後述するように、センサ装置１２に対して、端局装置４１が制御コマンドを送出する場合には、上述した入出力の関係が逆転する。

多重化伝送装置１３の出力側は、共通センサ信号線路２５２ｃ及び共通センサ信号線路２５２ｄに接続されている。多重化伝送装置１３は、センサ装置１２ａ〜センサ装置１２ｅの各々から入力されるセンサ信号を多重化して多重化伝送装置１３の出力側に出力する。このようにして、多重化されたセンサ信号は共通センサ信号線路２５２ｃを介して端局装置４１に伝送されることができる。なお、後述するように、センサ装置１２に対して、端局装置４１が制御コマンドを送出する場合には、上述した入出力の関係が逆転する。

ここで、センサ信号を端局装置４１又は他の端局装置に伝送するためのセンサ信号を伝送する線路の総数は、共通センサ信号線路２５２が１本、センサ信号線路であるセンサ信号線路２５３とセンサ信号線路２５４との２本の合計３本である。すなわち、３本の線路で、４個のセンサ装置からの信号を伝送することができる。一方、図示はしないが、特許文献１に記載の技術を用いる場合にはセンサ信号線路の数はセンサ装置の数と等しい４本となる。つまり、４本から３本と１本だけセンサ信号を伝送する線路の本数を減らせたこととなる。

多重化伝送装置１３における多重化と、多重化伝送装置１３と端局装置４１との間の伝送の手法について簡単に説明する。多重化については、周波数分割、時分割のどちらでも可能であるが、以下では時分割の１例を説明する。又、通信のプロトコルの１例についても説明をするが、実施形態はこのプロトコルに限定されるものではない。つまり、周知の他の通信技術を適用するものであっても良い。

端局装置４１は、共通センサ信号線路２５２、多重化伝送装置１３を介してセンサ装置１２ａ〜センサ装置１２ｄを制御するための制御コマンドを送出し、データを送受信するためのデコーダ・エンコーダ（図示せず）を有している。センサ装置１２の各々には、その機器を特定するためのユニークなセンサ装置アドレスが付されている、そして、制御コマンドに含まれるセンサ装置アドレスによって制御するセンサ装置１２を特定することができるようになされている。又、制御コマンドによって、検出する物理量（振動、温度、圧力変化等）を特定することができるようになされている。

端局装置４１は、例えば、センサ装置１２ａに振動データを送出するように命令する制御コマンドを発する。多重化伝送装置１３は、例えば、センサ装置１２ａに対する指令であることを解読して、センサ装置１２ａに対して、この制御コマンドを転送する。

この制御コマンドを受け取ったセンサ装置１２ａは、センサ装置１２ａの内部の震度計（図示せず）から得られた振動のデータに自己のセンサ装置アドレスを付したセンサ情報を、多重化伝送装置１３を介して、共通センサ信号線路２５２に対して送信する。

端局装置４１は、共通センサ信号線路２５２に対して送信されたセンサ情報を解読して、センサ装置１２がセンサ装置１２ａであることを特定して、センサ装置１２ａからの振動のデータを得ることができる。同様にして、センサ装置１２をスキャンしてすべてのセンサ装置１２から振動のデータを得ることができる。又、振動以外のデータを得たい場合には、制御コマンドによって、各センサ装置１２に対してその旨のコマンドを送出する。

同一の共通センサ信号線路２５２に複数個の多重化伝送装置１３が接続され、各々の多重化伝送装置１３に４個以外の複数個のセンサ装置１２が接続されている場合においても、以上の手法は採用することができる。そして、すべてのセンサ装置１２からのセンサ情報を端局装置４１は得ることができる。中継器筐体２８には、多重化伝送装置１３が内蔵されている。

このような構成を有する、海底観測システム５１におけるセンサ信号を伝送する線路の数と、特許文献１に記載の技術に基づく場合のセンサ信号を伝送する線路の数とを比較する。

センサの数をｎ（整数）とした場合の例を比較する。この場合にはセンサ装置の総数はｎ個である。実施形態では、この場合のセンサ信号線路の本数はｎ／２本であり、共通センサ信号線路は１本であるので、センサ信号を伝送する線路の本数は（ｎ／２＋１）本となる。一方、特許文献１に記載の技術では、センサ装置の総数と等しいｎ本のセンサ信号を伝送する線路の本数が必要とされる。

例えば、センサ数ｎ＝１００の場合について比較をする。実施形態の海底観測システムでは、センサ信号を伝送する線路の本数は、（ｎ／２＋１）＝５１本となる。一方、特許文献１に基づく場合には、ｎ＝１００本となる。このように、本実施形態によれば、センサ信号を伝送する線路の本数を、（ｎ／２＋１）／ｎと、大幅に低減することができる。

又、特許文献２に記載の技術との比較を以下におこなう。実施形態の海底観測システムでは、共通センサ信号線路に多重化伝送装置が接続されている。従って、センサ装置の一部に障害が発生した場合でも、正常なセンサ装置からのセンサ信号は端局装置で検出することができる。一方、特許文献１に記載の技術では、すべてのセンサ装置が直列に接続されることとなるので、その内の一部に障害が発生すると、センサ信号は端局装置で検出することが全くできなくなってしまう。

さらに、海底観測システムでは、２つの端局装置の両方に共通センサ信号を伝達する場合には、共通センサ信号線路一箇所が切断した場合でも、両方の端局装置から得られるセンサ情報を総合してセンサ装置のすべてからのセンサ信号を得ることが可能となる。

実施形態の海底観測システムは、情報信号を送受信してセンサ信号を受信する端局装置と、センサ信号を多重化する多重化伝送装置及び情報信号を中継する中継器を内蔵する中継器筐体と、海底における物理現象を検出してセンサ信号を発するセンサ装置を内蔵する複数個のセンサ筐体と、端局装置に対して多重化伝送装置を接続する共通センサ信号線路と、多重化伝送装置と複数個のセンサ装置とを接続する複数本のセンサ信号線路と、を有して形成される海底ケーブルと、を備えている。そして、端局装置を海底ケーブルの終端に接続するようにして、端局装置と中継器筐体と、複数個のセンサ筐体の各々と、を海底ケーブルによって直列に接続する。

このようにして、海底ケーブルに含まれる、センサ信号を伝送する線路の数を低減することができる。その結果、海底ケーブルの径の増大を抑えることができるようになり、海底ケーブルの重量が軽量化でき、屈折が容易となってハンドリング特性も良好な物となる。

２、２ａ〜２ｄ センサ筐体、 １２、１２ａ〜１２ｄ センサ装置、 １３、１３ａ〜１３ｚ 多重化伝送装置、 ２８ 中継器筐体、 ４１ 端局装置、 ５１ 海底観測システム、 ２５、２５ａ〜２５ｅ 海底ケーブル、 ２５２、２５２ａ〜２５２ｅ 共通センサ信号線、 ２５３、２５３ａ〜２５３ｅ、２５４、２５４ａ〜２５４ｅ センサ信号線路

Claims (2)

1. 情報信号を送受信してセンサ信号を受信する端局装置と、
   前記センサ信号を多重化する多重化伝送装置を内蔵する中継器筐体と、
   海底における物理現象を検出して前記センサ信号を発するセンサ装置を内蔵する複数個のセンサ筐体と、
   前記端局装置に対して前記多重化伝送装置を接続する共通センサ信号線路と、前記多重化伝送装置と複数個の前記センサ装置とを接続する複数本のセンサ信号線路と、を有して形成される海底ケーブルと、を備え、
   前記端局装置を前記海底ケーブルの終端に接続するようにして、前記端局装置と前記中継器筐体と、前記複数個の前記センサ筐体の各々と、を前記海底ケーブルによって直列に接続する海底観測システム。
2. 前記中継器筐体の一方の側と他方の側とに前記センサ筐体が配される請求項１に記載の海底観測システム。

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