JP2011102096A - 船舶の電流モーメント解析装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来より精度良く電流モーメントを求め得る電流モーメント解析装置を提供する
【解決手段】近傍を被測定船舶５が通過する際に水中電界センサ２の出力波形の０クロス点を検出し、この０クロス点検出時に得られる水中電界センサ２の位置情報と被測定船舶５の位置情報とにより、被測定船舶５の電流源の中間位置を導出し、この中間位置と電流源（−側）の位置から被測定船舶５の電流源間隔Ｌを求め、水中電界センサ２の出力波形のピークｔｏピーク値Ｖａを記憶しておき、次に同一条件として、電流値Ｉ〔Ａ〕のときの水中電界センサ２の出力波形をシミュレーションで導出し、そのときのピークｔｏピーク値Ｖｂを求め、さらに前記条件で波形がピークｔｏピーク値Ｖａとなる電流値Ｉ＝Ｖａ／Ｖｂとして求めることにより、被測定船舶５の電流値Ｉを求めることにより、船舶の電流モーメント（L×I）を求める。
【選択図】図２

Description

この発明は、船舶の水中電界計測を行うことにより、船舶の電流モーメントを求める船舶の電流モーメント解析装置に関する。

一般に、航行中の船舶は、船体に腐食を発生させる電位を打ち消す電位を船体に印加する電気防蝕装置が搭載されており、それぞれが電流源（＋側）と電流源(−側)となって、船体の周囲の海水中に電界を生じ、海水中に電流が流れる。この船舶の電流により発生する電界を水中電界センサで検出し、船舶の検出を行うことが知られている（例えば特許文献１参照）。

ところで、船舶の類別方法の一種として、上記船舶の船体より流れる電流の値Ｉと、船体の電流源(＋側)と電流源(−側)との距離Ｌを電流源間隔とし、電流値Ｉ×電流源間隔Ｌを船舶の電流モーメントとし、その電流モーメントを解析することが行われている。従来より行われている電流モーメントの求め方は、水中電界センサの近傍を被測定船舶に航行させ、先ず、水中電界センサの出力波形を求め、その同条件で、船舶の電流モーメントをトライ＆エラーのシミュレーションを繰り返すことにより、上記実際の出力波形とシミュレーションによる出力波形とを合致させて、結果として合致時のシミュレーションで得た電流モーメントを船舶の電流モーメントとしていた。

特開２００３−０２６０８８号公報

上記した従来の電流モーメント解析では、あてはめにより電流モーメントを求めるので、実際の電界センサの出力とシミュレーションによる波形が一致しても、例えば，電流値２ａと電流源間隔ｂとの場合と、電流値ａと電流源間隔２ｂとの場合において、いずれも電流モーメントは２ａｂとなり、同じ電流モーメントが得られる電流値と電流源間隔の組合せが複数あり、電流値及び電流源間隔の正確さが保証されないという問題がある。

この発明は、上記問題点に着目してなされたものであって、従来より精度良く電流モーメントを求め得る電流モーメント解析装置を提供することを目的とする。

この発明の船舶の電流モーメント解析装置は、水中電界を検出する水中電界センサと、前記水中電界センサの位置情報を検出するセンサ用位置情報検出器と、航行する被測定船舶の位置情報を検出する船舶用位置情報検出器と、前記水中電界センサからの水中電界データ、前記センサ用位置情報検出器からのセンサ位置情報、前記船舶位置情報検出器からの船舶位置情報を取得して船舶の電流モーメント解析のために信号処理を行う信号処理部と、からなる船舶の電流モーメント解析装置であって、前記信号処理部に、前記センサ用位置情報検出器からのセンサ位置情報と前記船舶位置情報検出器からの被測定船舶の位置情報と前記水中電界センサの波形出力とから前記船舶の電流源間隔を導出する電流源間隔導出手段と、前記センサ位置情報と前記被測定船舶の位置情報と前記水中電界センサの波形出力及び前記導出した電流源間隔とにより前記被測定船舶の電流値を求める電流値導出手段と、を備え、かつ前記電流源間隔導出手段は、前記被測定船舶が前記水中電界センサの近傍通過時に、前記水中電界センサの波形出力の０（ゼロ）クロス点を検出する０クロス検出手段と、この０クロス検出手段による０検出時の前記センサ位置情報と前記船舶位置情報とから前記被測定船舶の電流源（＋側）と電流源（−側）の中間位置を導出する中間位置導出手段と、この電流源の中間位置と電流源(−側)との距離に基づいて前記被測定船舶の電流源間隔を算出する電流源間隔算出手段と、を備え、前記電流値導出手段は、水中電界センサの出力波形のピークｔｏピーク値Ｖａを記憶しておき、前記算出した電流源間隔、すでに取得済みの水深、海水電導度，海底電導度を条件として電流値１〔Ａ〕のときの水中電界センサ出力波形をシミュレーション導出し、そのピークｔｏピーク値Ｖｂを求める手段と、前記条件でシミュレーション波形のピークｔｏピーク値が前記Ｖａとなる電流値をＶａ／Ｖｂとして算出する電流値算出手段と、を備え、前記電流源間隔算出手段で算出した電流源間隔と前記電流値算出手段で算出した電流値から電流モーメントを求めることを特徴とする。

この発明によれば、水中電界センサの近傍を被測定船舶が通過する際に水中電界センサの出力波形の０クロス点を検出し、この０クロス点検出時に得られる水中電界センサの位置情報と被測定船舶の位置情報とにより、被測定船舶の電流源の中間位置を導出し、この中間位置と電流源（−側）の位置から被測定船舶の電流源間隔Ｌを算出し、そのときの水中電界センサの出力波形のピークｔｏピーク値Ｖａを記憶しておき、次に導出した電流源間隔Ｌ、すでに取得済みの水深、海水電導度、海底電導度を条件として、電流値１〔Ａ〕の時の水中電界センサの出力波形をシミュレーションで導出し、そのときのピークｔｏピーク値Ｖｂを求め、さらに前記条件でシミュレーション波形のピークｔｏピーク値が前記Ｖａとなる電流値をＶａ／Ｖｂとして求めることにより、被測定船舶の電流値を求めるものであるから、電流源間隔と電流値を別々に、しかも自動的に算出するので、精度良く、しかも迅速に電流モーメントを得ることができる。

この発明の実施形態に係る船舶の電流モーメント解析装置の構成を示すブロック図である。 同実施形態船舶の電流モーメント解析装置を構成する各機器の海中における配置を示す図である。 同実施形態船舶の電流モーメント解析装置の測定時の状態を説明する図である。 同実施形態船舶の電流モーメント解析装置の測定処理時の概略動作を説明するフロー図である。 図４に示すフロー図のステップＳＴ２の処理を詳細に示すフロー図である。 図４に示すフロー図のステップＳＴ３の処理を詳細に示すフロー図である。 上記実施計態に係る電流モーメント解析装置の水中電界センサの出力波形を示す図である。 上記実施計態に係る電流モーメント解析装置の船舶の電流源間隔算出を説明する図である。 上記実施計態に係る電流モーメント解析装置の船舶の電流源の電流値算出を説明するための水中電界センサの出力波形図である。

１−１ センサ用ＧＰＳ
１−２ 船舶用ＧＰＳ
２ 水中電界センサ
３ 電導度計
４ 測深器
５ 被測定船舶
７ 計測船
８ 海水
９ 海底
１０ 信号処理部
１１ Ｉ／Ｏポート
１２ ＣＰＵ
１３ メモリ
１４ ディスプレイ
２０−１ 電流源(＋側)
２０−２ 電流源(−側)
２０−３ 電流
Ｌ 電流源間隔

以下、実施の形態によりこの発明をさらに詳細に説明する。図１は、この発明の一実施形態である船舶の電流モーメント解析装置の構成を示すブロック図である。

この実施形態に係る電流モーメント解析装置は、水中電界センサの位置を検出するセンサ用ＧＰＳ１−１（センサ用位置情報検出器）と、被測定船舶の位置を検出する船舶用ＧＰＳ（船舶用位置情報検出器）１−２と、被測定船舶の電流源から流れる電流によって生じる水中電界を測定する水中電界センサ２と、海中の電導度を測定する電導度計３と、測定箇所の水深を測定する測深器４と、センサ用ＧＰＳ１−１、船舶用ＧＰＳ１−２、水中電界センサ２、電導度計３、測深器４からの各信号を取り込み、船舶の電流モーメントの解析処理を行う信号処理部１０から構成されている。信号処理部１０は、ＣＰＵ１１と、Ｉ／Ｏポート１２と、メモリ１３と、ディスプレイ14とを備えている。

この実施形態に係る船舶の電流モーメント解析装置は、図2に示すように、海水８中に設置され、水中電界センサ２の側方を被測定船舶５が通航することにより被測定船舶5の水中電界波形を測定する。図２において、水中電界センサ２に、センサ用ＧＰＳ１−１が設けられるとともに、水中電界センサ２の下方に電導度計３が付設されている。水中電界センサ2及び電導度計３は、ケーブル６によって、計測船７に設置した信号処理部１０に接続されている。

被測定船舶５には、船舶用ＧＰＳ１−２が船首に設置されている。センサ用ＧＰＳ１−１によって検出される水中電界センサ２の位置データ、船舶用ＧＰＳ１−２によって検出される被測定船舶５の位置データは、計測船7に設置された信号処理部１０に取り込まれる。なお、この実施形態においては、電導度計３で海水電導度、測深器４で水深を測定するようにしているが、海水電導度、水深が検出済みの場合は、その値を信号処理部のメモリ１３に記憶しておき、必要時に使用しても良い。また、この実施形態では海底電導度については、すでに取得してメモリ１３に記憶しているものを使用する。しかし、これに代えて海底９に電導度計を設置しておいても良い。また、被測定船舶５の大きさは既知であり、船舶用ＧＰＳ１−２により、その位置情報が得られると、この被測定船舶５の船尾の位置も自動的に算出され、メモリ１３に記憶される。

次にこの実施形態に係る船舶の電流モーメント解析装置により、船舶の電流モーメント測定を行う場合の処理動作を説明する。信号処理部１０による処理動作を開始する前に、被測定船舶5を図３に示す水中電界センサ2の側方を通過する方向に向けて航行を開始させる。

この被測定船舶5の航行中に、信号処理部１０は、処理動作を開始する。先ず図４のフロー図に示すように、ステップＳＴ１において、センサ用ＧＰＳ１−１より、水中電界センサ２のＧＰＳデータ（位置情報）、船舶用ＧＰＳ１−２より、被測定船舶５のＧＰＳデータ（位置情報）、水中電界センサ２よりの水中電界波形データ、電導度計３よりの海水電導度、測深器4より水深データを取得し、信号処理部１０のメモリ１３に記憶する。なお、本実施形態においては、上記したように海底電導度は、検出済みの値でメモリ１３に記憶されているものを使用するものとする。次にステップＳＴ２へ移行する。

ステップＳＴ２においては、ステップＳＴ１において取得したセンサ用ＧＰＳデータ、船舶用ＧＰＳデータ及び船舶の水中電界波形データを用いて被測定船舶5の電流源間隔Ｌを求める。ここで電流源間隔は、図3に示すように、被測定船舶5の電流源（＋側）２０−１と電流源（−側）２０−２との間の距離Ｌである。

ここでの電流源間隔Ｌの導出は、図5に示すフロー図の処理を実行することにより行う。電流源間隔の導出方法を図５のフロー図を参照して具体的に説明する。図３に示す被測定船舶５が水中電界センサ２の方向に進行してきて側方を通過してゆく場合（平面視した場合を図８に示す）における水中電界センサ２の出力Ｅは、時間ｔの経過と共に、図７に示す波形のように変化する。被測定船舶５が接近してくると、当初は＋極性で正弦波状に変化し、０クロス点を通過すると−極性で正弦波状に変化する。

この水中電界センサ２の出力波形において０クロス点となるときの水中電界センサ２と被測定船舶５の位置関係は、図８に示すように水中電界センサ２の側方を、被測定船舶５の図３に示す電流源（＋側）２０−１と電流源（―側）２０−２の中間位置が通過しているときであり、このときのセンサ用ＧＰＳ１−１のデータ、船舶用ＧＰＳ１−２のデータから水中電界センサ２と船舶用ＧＰＳ１−２の距離Ｓ及び水中電界センサ２と被測定船舶５との側方距離Ｒが得られる。これら２つの距離Ｓ及びＲより、直角三角形の他の１辺である船舶用ＧＰＳ１−２と被測定船舶５の電流源（＋側）２０−１と電流源（−側）２０−２の中間点との距離が算出できる。これより、船舶用ＧＰＳ１−２から、被測定船舶５の電流源（＋側）２０−１と電流源（−側）２０−２の中間点までの距離、つまり電流源(＋側)２０−１と電流源(−側)２０−２の中間位置がわかる。

また、被測定船舶５の電流源（−側）２０−２は、船尾（船舶のプロペラ）であるので、船舶用ＧＰＳ１−２の位置とそこからの電流源（−側）２０−２までの距離は上記したように既知であり、これより、電流源（―側）２０−２の位置が求められる。そして求められた電流源の中間位置と電流源（−側）２０−２の位置との距離を２倍することにより、電流源間隔Ｌを求めることが出来る。

図５のステップＳＴ２に係る処理は、上記した電流源間隔Ｌの導出方法を具体的に実行するものであり、先ずステップＳＴ２１において、水中電界センサ２の出力Ｅ（水中電界波形データ）が０クロス点に相当する値であるか否か判定する。次に、ステップＳＴ２２へ移行する。

ステップＳＴ２２において、判定結果により０クロス点でない場合は、ステップＳＴ２１に戻る。一方、０クロス点であれば、ステップＳＴ２３へ移行する。

ステップＳＴ２３において、被測定船舶５の電流源の中心(中間位置)が、水中電界センサ２の側方の垂線上にある状態での、センサ用ＧＰＳ１−１のＧＰＳデータと、船舶用ＧＰＳ１−２のＧＰＳデータにより被測定船舶５の電流源（＋側）２０−１と電流源（−側）の中間位置を求める。次にステップＳＴ２４へ移行する。

ステップＳＴ２４において、被測定船舶５の電流源の中間位置と電流源（−側）２０−２（位置は船舶用ＧＰＳ１−２より一定距離なので既知）との距離を２倍して電流源間隔Ｌを算出する。ここで、ステップＳＴ２の処理を終了してリターンする。つまり、ステップＳＴ３へ移行する。

ステップＳＴ３においては、水中電界センサ用ＧＰＳデータ、船舶用ＧＰＳデータ、上記ステップＳＴ２において求めた船舶の電流源間隔、そして取得済みの水深、海水電導度、海底電導度より、被測定船舶５の電流値を求める。

ここでの、被測定船舶５の電流値導出は、図６に示すフロー図の具体的な処理を実行することにより行う。先ず、ステップＳＴ３１において、水中電界センサ２の出力Ｅの波形のＰ−Ｐ値をＶａとする（図９の（ａ）参照））。このピークｔｏピーク値Ｖａをメモリ１３に記憶しておく。次にステップＳＴ３２へ移行する。

ステップＳＴ３２においては、ステップＳＴ２３で、水中電界センサのＧＰＳデータ、船舶のＧＰＳデータより求めた側方距離Ｒ（図８参照）、ステップＳＴ２４で導出された電流源間隔Ｌ，水深，海水電導度、海底電導度の条件において、電流値１〔Ａ〕のときの水中電界センサ２の出力波形のシミュレーションを行う（図９の（ｂ）参照））。このときのシミュレーション波形のピークｔｏピーク値をＶｂとする。次に、ステップＳＴ３３へ移行する。

ステップＳＴ３３においては、シミュレーション波形のピークｔｏピーク値がＶａ値となる電流値を求める。この電流値がＩ＝Ｖa/Ｖｂであり、被測定船舶５の電流値である。ここでステップＳＴ３の処理を終了してリターンする。つまり、ステップＳＴ４へ移行する。

ステップＳＴ４においては、ステップＳＴ２において算出した電流源間隔ＬにステップＳＴ３において算出した電流値Ｉを乗じて船舶の電流モーメントを算出する。

Claims (1)

1. 水中電界を検出する水中電界センサと、前記水中電界センサの位置情報を検出するセンサ用位置情報検出器と、航行する被測定船舶の位置情報を検出する船舶位置情報検出器と、前記水中電界センサからの水中電界データ、前記センサ用位置情報検出器からのセンサ位置情報、前記船舶位置情報検出器からの船舶位置情報を取得して船舶の電流モーメント解析のために信号処理を行う信号処理部からなる船舶の電流モーメント解析装置であって、
   前記信号処理部に、前記センサ用位置情報検出器からのセンサ位置情報と前記船舶位置情報検出器からの被測定船舶の位置情報と前記水中電界センサの波形出力から前記船舶の電流源間隔を導出する電流源間隔導出手段と、前記センサ位置情報と前記被測定船舶の位置情報と前記水中電界センサの波形出力及び前記導出した電流源間隔とにより前記被測定船舶の電流値を求める電流値導出手段と、を備え、
   前記電流源間隔導出手段は、前記被測定船舶が前記水中電界センサの近傍通過時に、前記水中電界センサの波形出力の０（ゼロ）クロス点を検出する０クロス検出手段と、この０クロス検出手段による０検出時の前記センサ位置情報と前記船舶位置情報とから前記被測定船舶の電流源（＋側）と電流源（−側）の中間位置を導出する中間位置導出手段と、この電流源の中間位置と電流源(−側)との距離に基づいて前記被測定船舶の電流源間隔を算出する電流源間隔算出手段と、を備え、
   前記電流値導出手段は、前記水中電界センサの出力波形のピークｔｏピーク値Ｖａを記憶しておき、前記算出した電流源間隔、すでに取得済みの水深、海水電導度，海底電導度を条件として電流値１〔Ａ〕のときの水中電界センサ出力波形をシミュレーション導出し、そのピークｔｏピーク値Ｖｂを求める手段と、前記条件でシミュレーション波形のピークｔｏピーク値が前記Ｖａとなる電流値をＶａ／Ｖｂとして算出する電流値算出手段と、を備え、
   前記電流源間隔算出手段で算出した電流源間隔と前記電流値算出手段で算出した電流値から電流モーメントを求めることを特徴とする船舶の電流モーメント解析装置。