JP2012032273A - 港湾構造物計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】水中部分と水上部分、及び両者の境界部分も連続的に測定できる港湾構造物計測装置を提供する。
【解決手段】陸上に設置されたＧＰＳ基準局１１と、測定機器を搭載した曳航体１２と、曳航体を測定水域に沿って曳航する曳航船１３とから成り、ＧＰＳ基準局は、衛星Ｓ_１〜Ｓ_３からの電波を受信するＧＰＳ受信機１４とデータリンク装置１５を備え、曳航体は、ＧＰＳアンテナと、モーションセンサーと、マルチビーム測探機ソナーヘッドと、レーザースキャナーとを搭載し、曳航船は、マルチビーム測探機プロセッサーと、データリンク装置との間で位置情報を授受するインターフェイスボックスと、インターフェイスボックス及びマルチビーム測探機プロセッサーと接続されたデータ収録装置と、レーザースキャナー及びインターフェイスボックスと接続された第２データ収録装置とを備え、水中部分と水上部分と共に、境界部分も連続的に測定する。
【選択図】図１

Description

この発明は、港湾構造物の水中部分と水上（陸上）部分の三次元形状を連続して同時に計測することのできる港湾構造物計測装置に関する。

陸上の形状である道路面等の路面形状を測定するものとして、例えば、特開平９−１０１１２９号公報に記載の路面計測装置が提案されている。この発明は、路面上にスリット光を照射し、路面からの反射散乱光を撮像してスリット中心位置から路面のわだちを算出するものである。
また、特開平１０−１８５５６９号公報に提案された発明は、水中構成物の三次元的な位置を計測するために、ＧＰＳ衛星を利用するものである。
更に、図１０に示すように従来は、計測船１に水上計測用のスキャナー２と水中計測用のスキャナー３を搭載するとともに、ＧＰＳ衛星Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４を利用し、また、陸上にＧＰＳ基準局４を設置して水中部分の構造物及び水上部分の構造物を計測するものが提案されていた。

特開平９−１０１１２９号公報 特開平１０−１８５５６９号公報

しかし、従来の特許文献１に開示された路面計測装置にあっては、陸上の路面形状を計測するものであり、水中構造物に利用することはできなかった。また、特許文献２に開示された水中構造物の計測装置にあっては、水中構造物の計測するものであり、陸上構造を連続的に計測できなかった。更に、図１０に示す構造物計測装置にあっては、水中部分の構造物のみ、或いは水上部分の構造物のみの測定ができるものの、両者を組み合わせた測定をすることができなかった。特に、水中部分と水上部分の境界部分を連続的に測定することが困難であった。
本発明は、上記実情に鑑み提案されたもので、水中部分と水上部分を同時に測定できると共に、両者の境界部分を連続的に測定することのできる港湾構造物計測装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明は陸上に設置されたＧＰＳ基準局と、測定機器を搭載した曳航体と、前記曳航体を測定水域に沿って曳航する曳航船とから成り、前記ＧＰＳ基準局は、衛星からの電波を受信するＧＰＳ受信機とデータリンク装置を備え、前記曳航体は、衛星からの電波を受信する少なくとも２個のＧＰＳアンテナと、モーションセンサーと、マルチビーム測探機ソナーヘッドと、レーザースキャナーとを搭載し、前記曳航船は、前記曳航体に搭載されたマルチビーム測探機ソナーヘッドに接続されたマルチビーム測探機プロセッサーと、このマルチビーム測探機プロセッサーに接続されたモニターと、前記曳航体に搭載されたＧＰＳアンテナ、モーションセンサーと接続されるとともに前記データリンク装置との間で位置情報を授受するインターフェイスボックスと、このインターフェイスボックスに接続された音速度センサーと、前記インターフェイスボックス及びマルチビーム測探機プロセッサーと接続されたデータ収録装置と、前記レーザースキャナー及びインターフェイスボックスと接続された第２データ収録装置とを備えたことを特徴としている。

また、本発明において、前記曳航体に搭載されたマルチビーム測探機ソナーヘッドは、曳航体の吃水線より下に設けられ、水面下の計測情報を得ることを特徴とするものである。また、本発明において、前記マルチビーム測探機ソナーヘッドは、曳航体の船底から突出するとともに、曳航体の水平面に対して所定角度傾いていることを特徴とするものである。

また、本発明において、前記曳航体に搭載されたモーションセンサーは、曳航体自身のピッチング、ローリング、ヨーイング、ヒービング揺れを検出し、マルチビーム測探機ソナーヘッドの揺れに起因する誤差を補正することを特徴とするものである。また、本発明において、前記曳航体は、曳航時の揺れを低減させるスタビライザーを備えたことを特徴とするものである。

この発明は前記した構成からなるので、以下に説明するような効果を奏することができる。

請求項１に記載の発明では、陸上に設置されたＧＰＳ基準局と、測定機器を搭載した曳航体と、前記曳航体を測定水域に沿って曳航する曳航船とから成り、前記ＧＰＳ基準局は、衛星からの電波を受信するＧＰＳ受信機とデータリンク装置を備え、前記曳航体は、衛星からの電波を受信する少なくとも２個のＧＰＳアンテナと、モーションセンサーと、マルチビーム測探機ソナーヘッドと、レーザースキャナーとを搭載し、前記曳航船は、前記曳航体に搭載されたマルチビーム測探機ソナーヘッドに接続されたマルチビーム測探機プロセッサーと、このマルチビーム測探機プロセッサーに接続されたモニターと、前記曳航体に搭載されたＧＰＳアンテナ、モーションセンサーと接続されるとともに前記データリンク装置との間で位置情報を授受するインターフェイスボックスと、このインターフェイスボックスに接続された音速度センサーと、前記インターフェイスボックス及びマルチビーム測探機プロセッサーと接続されたデータ収録装置と、前記レーザースキャナー及びインターフェイスボックスと接続された第２データ収録装置とを備えたので、港湾構造物の水上部分と水中部分の三次元的計測ができるとともに、水上部分と水中部分の境界部分を連続的に測定することができる。

また、本発明では、前記曳航体に搭載されたマルチビーム測探機ソナーヘッドは、曳航体の吃水線より下に設けられ、水面下の計測情報を得るので、ソナーヘッドによる計測精度を向上することができる。

また、本発明では、前記マルチビーム測探機ソナーヘッドは、曳航体の船底から突出するとともに、曳航体の水平面に対して所定角度傾いているので、ソナーヘッドの計測値の幅も大きく、挙動を安定させることができる。また、本発明では、前記曳航体に搭載されたモーションセンサーは、曳航体自身のピッチング、ローリング、ヨーイング、ヒービング揺れを検出し、マルチビーム測探機ソナーヘッドの揺れに起因する誤差を補正するので、計測精度を一層向上することができる。

また、本発明では、前記曳航体は、曳航時の揺れを低減させるスタビライザーを備えたので、曳航体の揺れを低減して計測精度を向上することができる。

図１は、本発明に係る港湾構造物計測装置の一実施の形態を示す概略説明図である。 図２は、同港湾構造物計測装置のシステム構成図である。 図３は、同港湾構造物計測装置に使用される曳航体を示す要部縦断面図である。 図４は、同曳航体の背面図である。 図５は、同曳航体の側面図である。 図６は、同曳航体の平面図である。 図７は、同曳航体の動揺によるビームの振れの説明図である。 図８は、本発明の港湾構造物計測装置における計測情報の処理フロー図である。 図９は、同港湾構造物計測装置による計測状態を示す説明図である。 図１０は、従来の港湾構造物計測装置による計測状態を示す説明図である。

本発明は、ＧＰＳアンテナ、モーションセンサー、マルチビーム測探機ソナーヘッド、レーザースキャナーを搭載した曳航体を測定水域に沿って曳航船で曳航し、曳航船上で、曳航体に搭載された各センサーからの計測情報をマルチビーム測探機プロセッサーで解析してデータ収録装置に記録し、レーザースキャナーからの計測情報を第２データ収録装置で記録するので、港湾構造物の水上部分と水中部分の三次元的計測ができるとともに、水上部分と水中部分の境界部分を連続的に測定できる。

以下、一実施の形態を示す図面に基づいて本発明を詳細に説明する。図１は本発明に係る港湾構造物計測装置の一実施の形態を示す概略説明図、図２は本発明の港湾構造物計測装置のシステム構成図である。ここで、港湾構造物計測装置１０は、陸上に設置されたＧＰＳ基準局１１と、測定機器を搭載した曳航体１２と、前記曳航体１２を測定水域に沿って曳航する曳航船１３とから成り、前記ＧＰＳ基準局１１は、衛星Ｓからの電波を受信するＧＰＳ受信機１４とデータリンク装置１５を備え、前記曳航体１２は、衛星Ｓからの電波を受信する少なくとも２個のＧＰＳアンテナ１６、１７と、モーションセンサー１８と、マルチビーム測探機ソナーヘッド１９と、レーザースキャナー２０とを搭載し、前記曳航船１３は、前記曳航体１２に搭載されたマルチビーム測探機ソナーヘッド１９に接続されたマルチビーム測探機プロセッサー２１と、このマルチビーム測探機プロセッサー２１に接続されたモニター２２と、前記曳航体１２に搭載されたＧＰＳアンテナ１６、１７及びモーションセンサー１８と接続されるとともに前記データリンク装置１５との間で位置情報を授受するインターフェイスボックス２３と、このインターフェイスボックス２３に接続された音速度センサー２４と、前記インターフェイスボックス２３及びマルチビーム測探機プロセッサー２１と接続されたデータ収録装置２５と、前記レーザースキャナー２０及びインターフェイスボックス２３と接続された第２データ収録装置２６とを備ている。

図３は本発明の港湾構造物計測装置に使用される曳航体を示す要部縦断面図、図４は、曳航体の背面図、図５は曳航体の側面図、図６は曳航体の平面図である。曳航体１２には、前後に所定の高さでＧＰＳアンテナ１６、１７が取り付けられている。ＧＰＳアンテナ１６は、柱状部材２７によって曳航体１２の前端に回動可能に支持されている。したがって、収納、搬送時にはＧＰＳアンテナ１６を倒しておくことができる。ＧＰＳアンテナ１７は、一部が鉤型に曲がった柱状部材２８によって曳航体の後端に回動可能に支持されている。したがって、同様に収納、搬送時には倒しておくことができる。

レーザースキャナー２０は、観測窓２０ａを計測方向に向けて曳航体１２の上面から所定の高さＨに設置されている。また、曳航体１２の上面には、磁気方位センサー２９が設置されている。更に、曳航体１２の甲板部には、曳航体自身の浮力を増すために、浮力部材３０が備えられている。浮力部材３０には、例えば、ビオセランボード（登録商標）等を使用することができる。曳航体１２の略中央には、動揺センサー３１が取り付けられるとともに、船底から突出してマルチビーム測探機ソナーヘッド１９が取り付けられている。マルチビーム測探機ソナーヘッド１９は、船底に対して水平でも良いが、本実施例では計測方向に向けて約３０度傾いている。

曳航体１２の船底部には、棒状部材から構成された脚部３２が立設されており、曳航体１２を陸上で保管、搬送する際に、船底から突出したマルチビーム測探機ソナーヘッド１９等が邪魔になることなく載置できる。また、脚部３２の一部には、曳航体の長手方向に沿ってビルジキール３３が配設されており、曳航体の安定を図っている。更に、曳航体１２の後端には、スタビライザー３４が半回動自在に両端を軸支されて支承されている。曳航体１２の船頭には、曳航用ワイヤーを取り付けるための円環を有したワイヤー金具３５が取り付けられている。

図７は、本発明に於ける曳航体の動揺によるビームの振れの説明図である。曳航体１２は、図７（ａ）に示すように前後に回動するピッチング、（ｂ）に示すように長手方向の軸線回りに回動するローリング、（ｃ）に示すように曳航体が上下に揺れるヒービング、（ｄ）に示すように曳航体が水平面内で左右に回動するヨーイング動作が考えられ、これらの外乱をマルチビーム測探機ソナーヘッド１９及びレーザースキャナー２０の測定値から補正する。

図８は、本発明の港湾構造物計測装置における計測情報の処理フロー図である。水上部の計測データは、水上部計測センサーから各種情報を接続されたケーブルによりレーザースキャナーデータ処理部に収録され、リアルタイムに位置や動揺の補正を行いＸ，Ｙ，Ｚの三次元情報へと変換される。同様に水中部の計測データも水中部計測センサーからマルチビームデータ処理部に収録され、リアルタイムに位置や動揺に加え水中音速度の補正を行いＸ，Ｙ，Ｚの三次元情報へと変換される。
水上部と水中部の三次元情報は解析処理システムにより結合され、港湾構造物の三次元形状として図化を含む各種の処理を行う事が可能となる。

次に、以上のように構成された港湾構造物計測装置１０の使用手順について図９等に従って説明する。先ず、各種センサーを取り付けた状態の曳航体１２を海上に浮かべ、曳航船１３により港湾構造物前面を曳航しながらレーザースキャナー２０よりレーザー光線を発信し構造物までの距離を計測する。同時にマルチビーム測深機ソナーヘッド１９より音響ソナーを発信し、水深を計測する。計測中は図８の処理フロー図に示すようにレーザースキャナーデータ処理部とマルチビームデータ処理部にデータが収録され、ノートＰＣの画面上よりリアルタイムに計測データのＸ，Ｙ，Ｚの三次元情報の確認を行い、データの良否を判定する。

１０ 港湾構造物計測装置
１１ ＧＰＳ基準局
１２ 曳航体
１３ 曳航船
１４ ＧＰＳ受信機
１５ データリンク装置
１６、１７ ＧＰＳアンテナ
１８ モーションセンサー
１９ マルチビーム測探機ソナーヘッド
２０ レーザースキャナー
２１ マルチビーム測探機プロセッサー
２２ モニター
２３ インターフェイスボックス
２４ 音速度センサー
２５ データ収録装置
２６ 第２データ収録装置
２７ 柱状部材
２８ 柱状部材
２９ 磁気方位センサー
３０ 浮力部材
３１ 動揺センサー
３２ 脚部
３３ ビルジキール
３４ スタビライザー
３５ ワイヤー金具

Claims (5)

1. 陸上に設置されたＧＰＳ基準局と、
   測定機器を搭載した曳航体と、
   前記曳航体を測定水域に沿って曳航する曳航船とから成り、
   前記ＧＰＳ基準局は、衛星からの電波を受信するＧＰＳ受信機とデータリンク装置を備え、
   前記曳航体は、衛星からの電波を受信する少なくとも２個のＧＰＳアンテナと、モーションセンサーと、マルチビーム測探機ソナーヘッドと、レーザースキャナーとを搭載し、
   前記曳航船は、前記曳航体に搭載されたマルチビーム測探機ソナーヘッドに接続されたマルチビーム測探機プロセッサーと、
   このマルチビーム測探機プロセッサーに接続されたモニターと、
   前記曳航体に搭載されたＧＰＳアンテナ、モーションセンサーと接続されるとともに前記データリンク装置との間で位置情報を授受するインターフェイスボックスと、このインターフェイスボックスに接続された音速度センサーと、
   前記インターフェイスボックス及びマルチビーム測探機プロセッサーと接続されたデータ収録装置と、
   前記レーザースキャナー及びインターフェイスボックスと接続された第２データ収録装置とを備えたことを特徴とする港湾構造物計測装置。
2. 前記曳航体に搭載されたマルチビーム測探機ソナーヘッドは、曳航体の吃水線より下に設けられ、
   水面下の計測情報を得ることを特徴とする請求項１に記載の港湾構造物計測装置。
3. 前記マルチビーム測探機ソナーヘッドは、曳航体の船底から突出するとともに、曳航体の水平面に対して所定角度傾いていることを特徴とする請求項１または２に記載の港湾構造物計測装置。
4. 前記曳航体に搭載されたモーションセンサーは、曳航体自身のピッチング、ローリング、ヨーイング、ヒービング揺れを検出し、マルチビーム測探機ソナーヘッドの揺れに起因する誤差を補正することを特徴とする請求項１〜３の何れか１に記載の港湾構造物計測装置。
5. 前記曳航体は、曳航時の揺れを低減させるスタビライザーを備えたことを特徴とする請求項１〜４の何れか１に記載の港湾構造物計測装置。

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